하이엔드 제조 및 에너지 절약 및 배출 감소는 첨단 공정에 대한 절실한 필요성을 점점 더 많이 가지고 있습니다. 산업용 표면 처리 측면에서는 기술과 공정의 포괄적인 업그레이드가 절실히 필요합니다. 기계적 마찰 세척, 화학적 부식 세척, 강력한 충격 세척, 고주파 초음파 세척과 같은 전통적인 산업용 세척 공정은 세척 주기가 길 뿐만 아니라 자동화하기 어렵고 환경에 해로운 영향을 미치며 원하는 세척 효과를 달성하지 못합니다. 미세 가공의 요구를 잘 충족시킬 수 없습니다.
그러나 환경 보호, 고효율성 및 고정밀성 간의 모순이 점점 더 두드러지면서 기존의 산업용 세척 방법은 큰 도전에 직면해 있습니다. 동시에 환경 보호에 도움이 되고 초정밀 가공 분야의 부품에 적합한 다양한 세척 기술이 등장했으며 레이저 세척 기술은 그 중 하나입니다.
레이저 세척 개념
레이저 세척은 초점 레이저를 사용하여 재료 표면에 작용하여 표면의 오염 물질을 빠르게 증발시키거나 벗겨내어 재료 표면을 세척하는 기술입니다. 다양한 기존의 물리적 또는 화학적 세척 방법과 비교할 때 레이저 세척은 비접촉, 소모품 없음, 오염 없음, 높은 정밀도, 손상 없음 또는 작은 손상이라는 특성을 가지고 있으며, 새로운 세대의 산업용 세척 기술에 이상적인 선택입니다.
레이저 세척기 작동 원리
원리 레이저 클리닝 기계 더 복잡하며, 물리적 및 화학적 프로세스를 모두 포함할 수 있습니다. 많은 경우, 물리적 프로세스가 주요 프로세스이며, 일부 화학 반응이 수반됩니다. 주요 프로세스는 가스화 프로세스, 충격 프로세스, 진동 프로세스를 포함한 3가지 범주로 분류할 수 있습니다.
가스화 과정
고에너지 레이저를 재료 표면에 조사하면 표면이 레이저 에너지를 흡수하여 내부 에너지로 변환하여 표면 온도가 빠르게 상승하여 재료의 증발 온도 이상에 도달하여 오염 물질이 증기 형태로 재료 표면에서 분리됩니다. 선택적 증발은 일반적으로 표면 오염 물질에 의한 레이저 광의 흡수율이 기판의 흡수율보다 상당히 높을 때 발생합니다. 전형적인 적용 사례는 석재 표면의 먼지를 청소하는 것입니다. 아래 그림과 같이 석재 표면의 오염 물질은 레이저에 강한 흡수력을 가지고 빠르게 증발합니다. 오염 물질을 제거하고 레이저를 석재 표면에 조사하면 흡수가 약하고 더 많은 레이저 에너지가 석재 표면에 의해 산란되고 석재 표면의 온도 변화가 적고 석재 표면이 손상으로부터 보호됩니다.
일반적인 화학 기반 공정은 자외선 대역의 레이저를 사용하여 유기 오염 물질을 세척하는 경우 발생하는데, 이를 레이저 어블레이션이라고 합니다. 자외선 레이저는 파장이 짧고 광자 에너지가 높습니다. 예를 들어, KrF 엑시머 레이저는 파장이 248nm이고 광자 에너지가 최대 5eV로, 이는 기존 레이저보다 40배 높습니다. CO2 레이저 광자 에너지(0.12 eV). 이렇게 높은 광자 에너지는 유기물의 분자 결합을 파괴하기에 충분하여, 레이저의 광자 에너지를 흡수한 후 유기 오염 물질 중의 CC, CH, CO 등이 끊어져 열분해 가스화되어 표면에서 제거됩니다.
충격 과정
충격 과정은 레이저와 재료 사이의 상호 작용 중에 발생하는 일련의 반응이며, 그런 다음 재료 표면에 충격파가 형성됩니다. 충격파의 작용으로 표면 오염 물질이 분해되어 표면에서 벗겨진 먼지나 파편이 됩니다. 플라즈마, 증기, 빠른 열 팽창 및 수축을 포함하여 충격파를 일으키는 메커니즘은 많습니다. 플라즈마 충격파를 예로 들면 레이저 세척에서 충격 과정이 표면 오염 물질을 제거하는 방식을 간략하게 이해할 수 있습니다. 초단 펄스 폭(ns) 및 초고 피크 전력(107–1010 W/cm2) 레이저를 적용하면 표면이 레이저를 가볍게 흡수하더라도 표면 온도가 여전히 급격히 상승하여 즉시 증발 온도에 도달합니다. 위에서 다음 그림의 (a)와 같이 재료 표면 위에 증기가 형성되었습니다. 증기의 온도는 104~105K에 도달할 수 있으며, 이는 증기 자체 또는 주변 공기를 이온화하여 플라즈마를 형성할 수 있습니다. 플라스마는 레이저가 재료 표면에 도달하는 것을 차단하고 재료 표면의 증발은 멈출 수 있지만 플라스마는 레이저 에너지를 계속 흡수하고 온도는 계속 상승하여 초고온 고압의 국부 상태를 형성하여 재료 표면에 순간적으로 1-100kbar를 생성합니다. 충격은 아래 그림 (b) 및 (c)와 같이 점차적으로 재료 내부로 전달됩니다. 충격파의 작용으로 표면 오염 물질은 작은 먼지, 입자 또는 조각으로 분해됩니다. 레이저가 조사 위치에서 멀어지면 플라스마가 사라지고 국부적으로 음압이 생성되고 오염 물질의 입자 또는 파편이 아래 그림 (d)와 같이 표면에서 제거됩니다.
진동 과정
짧은 펄스의 작용 하에서 재료의 가열 및 냉각 과정은 매우 빠릅니다. 다른 재료는 열 팽창 계수가 다르기 때문에 짧은 펄스 레이저의 조사 하에서 표면 오염 물질과 기판은 서로 다른 정도의 고주파 열 팽창 및 수축을 겪어 진동이 발생하여 오염 물질이 재료 표면에서 벗겨집니다. 이 박리 과정에서 재료의 증발이 발생하지 않을 수 있으며 플라즈마가 생성되지 않을 수 있습니다. 대신 진동의 작용 하에서 오염 물질과 기판의 계면에 형성된 전단력이 오염 물질과 기판 사이의 결합을 파괴합니다. 연구에 따르면 레이저의 입사각을 약간 늘리면 레이저와 입자 오염 물질과 기판 계면 사이의 접촉이 증가하고 레이저 세척의 임계값을 줄일 수 있으며 진동 효과가 더 분명하고 세척 효율이 더 높습니다. 그러나 입사각은 너무 커서는 안 됩니다. 입사각이 너무 크면 재료 표면에 작용하는 에너지 밀도가 감소하고 레이저의 세척 능력이 약해집니다.
레이저 클리너의 산업 응용 분야
금형 산업
레이저 세척기는 금형의 비접촉 세척을 실현하여 금형 표면에 매우 안전하고 정확성을 보장할 수 있으며, 기존 세척 방법으로는 제거할 수 없는 미세한 오염 입자까지 세척하여 진정한 무공해, 효율적이며 고품질의 세척을 실현합니다.
정밀 기기 산업
정밀 기계 산업에서는 윤활 및 내식성을 위해 부품에서 사용되는 에스테르와 광유를 일반적으로 화학적으로 제거해야 하는 경우가 많으며 화학적 세척으로 인해 잔류물이 남는 경우가 많습니다. 레이저 탈에스테르화는 부품 표면을 손상시키지 않고 에스테르와 미네랄 오일을 완전히 제거할 수 있습니다. 레이저는 부품 표면의 얇은 산화물 층의 폭발적인 가스화를 촉진하여 충격파를 형성하며, 이로 인해 기계적 상호 작용보다는 오염 물질이 제거됩니다.
철도 산업
현재 모든 레일의 용접 전 세척은 연삭 휠과 연마 벨트 연삭 유형의 세척을 채택하여 기판에 심각한 손상과 심각한 잔류 응력을 일으키고 매년 많은 연삭 휠 소모품을 소모하여 비용이 많이 들고 환경에 심각한 먼지 오염을 일으킵니다. 레이저 세척은 우리나라 고속철도 궤도 부설 생산에 고품질의 효율적인 친환경 세척 기술을 제공하여 위의 문제를 해결하고 원활한 레일 구멍 및 회색 반점과 같은 용접 결함을 제거하고 우리나라 고속철도 운영의 안정성과 안전성을 향상시킬 수 있습니다.
항공 산업
항공기 표면은 일정 기간 후에 다시 칠해야 하지만, 원래의 오래된 페인트는 칠하기 전에 완전히 제거해야 합니다. 화학적 침지/닦기는 항공 분야의 주요 페인트 제거 방법입니다. 이 방법은 많은 양의 화학 보조 폐기물을 발생시키고, 지역 유지 관리 및 페인트 제거를 달성하는 것이 불가능합니다. 이 과정은 작업 부하가 많고 건강에 해롭습니다. 레이저 세척은 항공기 피부 표면의 페인트를 고품질로 제거할 수 있으며 생산을 위해 쉽게 자동화할 수 있습니다. 현재 레이저 세척 기술은 일부 고급 모델의 유지 관리에 적용되었습니다.
선박산업
현재 선박의 생산 전 청소에는 주로 샌드 블라스팅 방법을 채택하고 있습니다. 샌드 블라스팅 방식은 주변 환경에 심각한 분진 오염을 초래해 점차 금지되어 선박 제조업체에서는 생산을 줄이거나 중단하는 경우도 있습니다. 레이저 세척 기술은 선박 표면의 부식 방지 스프레이를 위한 친환경적이고 무공해 세척 솔루션을 제공합니다.
무기류
레이저 세척 기술은 무기 유지 관리에 널리 사용되었습니다. 레이저 세척 시스템은 녹을 제거하다 그리고 오염 물질을 효율적이고 빠르게 처리하고 세척 부분을 선택하여 세척 자동화를 실현할 수 있습니다. 레이저 세척을 사용하면 화학 세척 공정보다 청결도가 높을 뿐만 아니라 물체 표면에 거의 손상이 없습니다. 레이저 세척기는 다양한 매개변수를 설정하여 금속 물체 표면에 치밀한 산화 보호막이나 금속 용융층을 형성하여 표면 강도와 내식성을 향상시킬 수도 있습니다. 레이저로 제거된 폐기물은 기본적으로 환경을 오염시키지 않으며 장거리에서도 작동할 수 있어 작업자의 건강에 대한 피해를 효과적으로 줄일 수 있습니다.
건물 외관
점점 더 많은 초고층 빌딩이 건설되고 있으며, 건물 외벽의 청소 문제가 점점 더 두드러지고 있습니다. 레이저 청소 시스템은 광섬유를 통해 건물의 외벽을 잘 청소합니다. 최대 길이 70m의 솔루션은 다양한 돌, 금속 및 유리의 다양한 오염 물질을 효과적으로 청소할 수 있으며 효율성은 기존 청소보다 훨씬 높습니다. 또한 건물의 다양한 돌에서 검은 반점과 얼룩을 제거할 수 있습니다. 건물 및 석조 기념물에 대한 레이저 청소 시스템의 청소 테스트는 레이저 청소가 고대 건물의 외관을 보호하는 데 좋은 효과가 있음을 보여줍니다.
전자 산업
전자 산업은 레이저를 사용하여 산화물을 제거합니다. 전자 산업은 고정밀 제염이 필요하며 레이저 탈산은 특히 적합합니다. 구성 요소 핀은 보드를 납땜하기 전에 철저히 탈산하여 최적의 전기 접촉을 보장해야 하며 제염 과정에서 핀이 손상되어서는 안 됩니다. 레이저 세척은 사용 요구 사항을 충족할 수 있으며 효율성이 매우 높으며 각 바늘에 대해 단 하나의 레이저 조사만 필요합니다.
원자력 발전소
레이저 세척 시스템은 원자력 발전소의 원자로 파이프 세척에도 사용됩니다. 광섬유를 사용하여 고출력 레이저 빔을 원자로에 도입하여 방사성 먼지를 직접 제거하고 세척된 재료는 세척하기 쉽습니다. 그리고 원거리에서 작동하기 때문에 직원의 안전을 보장할 수 있습니다.
제품 개요
오늘날의 첨단 제조 산업은 국제 경쟁의 지배적인 높이가 되었습니다. 레이저 제조의 첨단 시스템으로서 레이저 세척기는 산업 개발에서 응용 가치에 대한 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 레이저 세척 기술을 적극적으로 개발하는 것은 경제 및 사회 개발에 매우 중요한 전략적 의미를 가지고 있습니다.
