چه موادی و سطوحی را می‌توان با دستگاه‌های تمیزکاری لیزری پاک کرد؟(6)

انتخاب لیزر و پارامترهای فرآیند مناسب

تمیزکاری لیزری یک ابزار قدرتمند است — اما فقط زمانی مؤثر است که دقیقاً تنظیم شده باشد. کارایی، بهره‌وری و ایمنی هر فرآیند تمیزکاری لیزری به انتخاب صحیح و تعادل چندین پارامتر لیزری و اسکن بستگی دارد. این متغیرها مستقیماً کنترل می‌کنند که چه مقدار انرژی به سطح برسد، چگونه این انرژی تحویل داده شود و سیستم چقدر خوب بین آلاینده و زیرلایه تمایز قائل شود.

برای دستیابی به نتایج بهینه — حذف حداکثری آلاینده‌ها با صفر یا حداقل آسیب به ماده زمینه — ضروری است که پارامترهای کلیدی زیر متناسب با جنس خاص ماده، نوع آلاینده و وضعیت سطح تنظیم شوند: طول موج، عرض پالس، شارش انرژی، نرخ تکرار و سرعت اسکن.

طول موج

طول موج، رنگ (یا به‌صورت فنی‌تر، سطح انرژی) پرتو لیزر را مشخص می‌کند و به‌طور مستقیم بر نحوه جذب انرژی توسط ماده تأثیر می‌گذارد.

مادون قرمز (1064 نانومتر، Nd:YAG یا لیزرهای فیبری): برای فلزات و اکسیدها مؤثر است، جایی که زنگ یا آلاینده‌ها انرژی بیشتری نسبت به فلز پایه جذب می‌کنند.

سبز (532 نانومتر): جذب بهتری در برخی رنگ‌ها، پلیمرها و پوشش‌های برد مدار چاپی ارائه می‌دهد.

فرابنفش (355 نانومتر، لیزرهای اکسایمر): بهترین گزینه برای مواد آلی، لایه‌های نازک و سطوح ظریف مانند پلاستیک‌ها یا قطعات الکترونیکی است.

اصل کلیدی: طول موجی را انتخاب کنید که توسط آلاینده به‌خوبی جذب شود، اما توسط ماده زمینه به‌حداقل میزان جذب شود تا حذف انتخابی اطمینان‌بخش باشد.

عرض پالس (مدت زمان پالس)

پهنای پالس مشخص می‌کند که هر پالس لیزر چقدر طول می‌کشد—که معمولاً بر حسب نانوثانیه (ns)، پیکوثانیه (ps) یا فمتوثانیه (fs) اندازه‌گیری می‌شود. این عامل تعیین می‌کند که انرژی چقدر سریعاً تحویل داده شود.

لیزرهای نانوثانیه‌ای (ns): رایج در تمیزکاری صنعتی؛ مؤثر برای زدودن زنگ، رنگ و پوسته، اما ممکن است ایجاد اثرات حرارتی جزئی کند.

لیزرهای پیکوثانیه‌ای (ps): انرژی را سریع‌تر تحویل می‌دهند و انتقال حرارت به زیرلایه کمتر است—ایده‌آل برای کاربردهای دقیق.

لیزرهای فمتوثانیه‌ای (fs): پالس‌های فوق‌العاده کوتاه که ایجاد اثر «تخریب سرد» می‌کنند—عالی برای مواد حساس به حرارت یا سطوح در مقیاس میکرو.

مدت‌های کوتاه‌تر پالس، انتشار حرارت را کاهش می‌دهند و منطقه تحت تأثیر حرارتی (HAZ) را به حداقل می‌رسانند و یکپارچگی زیرلایه را حفظ می‌کنند، به‌ویژه در مواد بازتابنده یا با نقطه ذوب پایین.

فلوانس (چگالی انرژی)

فلوانس مقدار انرژی تحویلی به واحد سطح در هر پالس (ژول بر سانتی‌متر مربع) است. این پارامتر یکی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده اثربخشی تمیزکاری است.

fluence پایین (<1 J/cm²): ممکن است برای تخریب آلاینده کافی نباشد یا تنها مواد سبک‌تر را تمیز کند.

Fluence متوسط (1–5 J/cm²): برای اکثر آلاینده‌های رایج مانند زنگ، اکسیدها و رنگ مؤثر است.

Fluence بالا (>5 J/cm²): برای لایه‌های ضخیم یا مقاوم مورد نیاز است، اما در صورت کنترل نادرست، خطر آسیب به زیرلایه وجود دارد.

Fluence بهینه به استحکام پیوند و خواص حرارتی آلاینده بستگی دارد. فراتر رفتن از آستانه تخریب، تمیزکاری را تضمین می‌کند، اما نباید از آستانه آسیب زیرلایه عبور کند.

نرخ تکرار (فرکانس پالس)

نرخ تکرار به تعداد پالس‌های لیزری که در هر ثانیه منتشر می‌شود اشاره دارد و معمولاً بر حسب کیلوهرتز (kHz) اندازه‌گیری می‌شود.

نرخ تکرار پایین (<10 kHz): انرژی بالاتری در هر پالس دارد اما تولیدکنندگی کمتری دارد؛ برای تمیزکاری دقیق و عمیق مفید است.

نرخ تکرار بالا (10–200+ kHz): امکان سرعت تمیزکاری سریع‌تر را فراهم می‌کند اما انرژی هر پالس را کاهش می‌دهد؛ برای آلاینده‌های سبک و پوشش مناطق گسترده مفید است.

تناقض: تکرار بیشتر بهره‌وری را افزایش می‌دهد، اما ممکن است بار حرارتی تجمعی را نیز بالا ببرد. نرخ تکرار باید با سرعت اسکن و زمان خنک‌سازی تعادل داشته باشد.

سرعت اسکن

سرعت اسکن، میزان حرکت پرتو لیزر روی سطح است که معمولاً بر حسب میلی‌متر بر ثانیه یا متر بر دقیقه اندازه‌گیری می‌شود. این عامل به طور مستقیم بر مقدار انرژی اعمال‌شده به هر واحد سطح تأثیر می‌گذارد.

سرعت‌های اسکن کندتر: انرژی بیشتری به ازای هر واحد سطح؛ مناسب‌تر برای آلاینده‌های ضخیم یا مقاوم، اما با خطر بیشتر گرم شدن زیرلایه.

سرعت‌های اسکن سریع‌تر: زمان توقف کمتر؛ ایده‌آل برای لایه‌های نازک، سطوح با ارزش بالا یا قطعات حساس با تحمل کم.

نکته بهینه‌سازی: سرعت اسکن باید با نرخ تکرار و همپوشانی نقطه تنظیم شود تا پوشش یکنواختی بدون قرارگیری بیش از حد در معرض تابش حاصل شود.

تمیزکاری با لیزر فقط اشاره کردن لیزر و شلیک کردن نیست — بلکه یک فرآیند مهندسی دقیق و تنظیم‌شده است. انتخاب ترکیب مناسب پارامترهای لیزر و فرآیند برای دستیابی به عملکرد بالای تمیزکاری و حداقل ریسک ضروری است.

طول موج، جذب ویژه ماده را کنترل می‌کند.

عرض پالس تعیین می‌کند که انرژی با چه میزان شدتی تحویل داده شود.

شُدت، توان تبخیر را تعیین می‌کند.

نرخ تکرار بر سرعت پردازش و تجمع حرارتی تأثیر می‌گذارد.

سرعت اسکن، تحویل انرژی و پوشش سطحی را متعادل می‌کند.

هر پارامتر بر دیگری تأثیر می‌گذارد. برای هر کاربرد موفق—چه پاک‌سازی زنگ‌زدگی از فولاد، چه جدا کردن رنگ از آلومینیوم، یا برداشتن لایه از روی سرامیک—این تنظیمات باید با دقت و بر اساس خواص ماده، ویژگی‌های آلاینده و دقت مورد نیاز بهینه‌سازی شوند.

هنگامی که به درستی پیکربندی شود، تمیزکاری با لیزر به فرآیندی بسیار کارآمد، بدون تماس و انتخابی تبدیل می‌شود که حتی برای محیط‌های خاص و پیچیده نیز مناسب است.