Mitä materiaaleja ja pintoja voidaan puhdistaa laserpuhdistuslaitteilla?(6)

Oikean laserin ja prosessiparametrien valinta

Laserpuhdistus on tehokas työkalu – mutta vain silloin, kun se on tarkasti säädetty. Minkä tahansa laserpuhdistusprosessin tehokkuus, tehokkuus ja turvallisuus riippuvat oikeiden laser- ja skannausparametrien oikeasta valinnasta ja tasapainottamisesta. Nämä muuttujat ohjaavat suoraan sitä, kuinka paljon energiaa päätyy pinnalle, kuinka energia toimitetaan ja kuinka hyvin järjestelmä erottaa saasteen substraatista.

Parhaan tuloksen saavuttamiseksi – maksimaalinen saastepoisto ja nolla tai vähäinen substraatin vahinko – on olennaista räätälöidä seuraavat keskeiset parametrit tietyn materiaalin, saastetyypin ja pintatilan mukaan: aallonpituus, pulsseilla kesto, fluenssi, toistotaajuus ja skanninopeus.

Aaltopituus

Aallonpituus määrittää laserkeilan värin (tai teknisemmin ilmaistuna energiatason) ja vaikuttaa suoraan siihen, kuinka materiaali absorboi energiaa.

Infrapuna (1064 nm, Nd:YAG- tai kuitulaserit): Tehokas metallien ja oksidien käsittelyyn, jossa ruoste tai epäpuhtaudet absorboivat enemmän energiaa kuin perusmetalli.

Vihreä (532 nm): Tarjoaa paremman absorptiokyvyn tietyissä maaleissa, polymeereissä ja painettujen piirilevyjen pinnoitteissa.

UV (355 nm, eksimerilaserit): Paras orgaanisille materiaaleille, ohuille kalvoille ja herkille pinnoille, kuten muoveille tai elektroniikalle.

Avaintekijä: Valitse aallonpituus, jota epäpuhtaus absorboi hyvin, mutta jota substraatti absorboi mahdollisimman vähän, mikä varmistaa valikoivan poiston.

Pulssin leveys (pulssin kesto)

Pulssin leveys määrittää, kuinka kauan kukin laserpulssi kestää – sitä mitataan yleensä nanosekunneissa (ns), pikosekunneissa (ps) tai femtosekunneissa (fs). Se määrää, kuinka nopeasti energia siirtyy.

Nanosekunnin laserit (ns): Yleisiä teollisuudessa puhdistamiseen; tehokkaita ruosteen, maalin ja karstaisuuden poistamisessa, mutta voivat aiheuttaa lieviä lämmöllisiä vaikutuksia.

Pikosekunnin laserit (ps): Siirtävät energiaa nopeammin ja aiheuttavat vähemmän lämmönsiirtoa substraattiin – ideaali tarkkoihin sovelluksiin.

Femtosekuntikammiot (fs): Erittäin lyhyet pulssit, jotka aiheuttavat „kylmän ablaation“ – erinomainen vaihtoehto lämpöherkillä materiaaleilla tai mikrotasoisilla pinnoilla.

Lyhyemmät pulssikestot vähentävät lämmön diffuusiota, minimoivat lämpövaikutuksen alueen (HAZ) ja säilyttävät substraatin eheyden, erityisesti heijastavilla tai matalasulavilla materiaaleilla.

Fluenssi (energiatiheys)

Fluenssi tarkoittaa energiamäärää, joka toimitetaan yhtä pinta-alayksikköä kohden kohdassa (Joulea per cm²). Se on yksi tärkeimmistä parametreista puhdistustehokkuuden määrittämisessä.

Alhainen fluenssi (<1 J/cm²): Saattaa olla riittämätön saastepinnan ablaatioon tai poistaa vain kevyesti kiinnittyneet materiaalit.

Kohtalainen fluenssi (1–5 J/cm²): Tehokas useimpien yleisten saasteiden, kuten ruoste, hapet ja maali, poistamiseen.

Korkea fluenssi (>5 J/cm²): Tarvitaan paksujen tai sitkeiden kerrosten poistamiseen, mutta aiheuttaa substraatin vaurioitumisriskin, jos sitä ei hallita asianmukaisesti.

Optimaalinen fluenssi riippuu saasteen sidospainosta ja lämpöominaisuuksista. Ablaatiorajan ylittäminen varmistaa puhdistuksen, mutta ei saa ylittää substraatin vauriorajaa.

Toistotaajuus (Pulssitaajuus)

Toistotaajuus viittaa siihen, kuinka monta laserpulssia emitoidaan sekunnissa, ja se mitataan tyypillisesti kilohertzeinä (kHz).

Alhaiset toistotaajuudet (<10 kHz): Korkeampi energia per pulssi, mutta hitaampi käsittelynopeus; hyödyllinen tarkkaan, syvään puhdistukseen.

Korkeat toistotaajuudet (10–200+ kHz): Mahdollistavat nopeammat puhdistusnopeudet, mutta vähentävät yksittäisen pulssin energiaa; hyödyllisiä kevyelle saastumiselle ja laajojen alueiden peittämiseen.

Vaihtoehto: Korkeampi toistotaajuus parantaa tuottavuutta, mutta voi lisätä kumulatiivista lämpökuormitusta. Toistotaajuus on tasapainotettava skannausnopeuden ja jäähdytysajan kanssa.

Skannaamisnopeus

Skannausnopeus on nopeus, jolla laserkeila liikkuu pinnan yli, tyypillisesti mm/s tai m/min. Se vaikuttaa suoraan siihen, kuinka paljon energiaa toimitetaan tiettyyn alueeseen.

Hitaammat skannausnopeudet: Enemmän energiaa yksikköalaa kohden; parempi paksujen tai kovien saasteiden poistoon, mutta suuremmalla riskillä aiheuttaa substraatin lämpeneminen.

Nopeat skannausnopeudet: Vähemmän oleskeluaika; ihanteellinen ohuiden kerrosten, arvokkaiden pintojen tai matalan toleranssin komponenttien kanssa.

Optimointivihje: Skannausnopeus on sovitettava toistotaajuuteen ja pistekojotukseen, jotta saavutetaan tasainen peittävyys ilman liiallista altistumista.

Laserpuhdistus ei ole vain asia, että osoitetaan laseria ja laukaistaan – se on tarkasti säädetty tekninen prosessi. Oikean laserin ja prosessiparametrien yhdistelmän valinta on olennaisen tärkeää korkean puhdistustehon saavuttamiseksi mahdollisimman pienellä riskillä.

Aallonpituus ohjaa materiaalikohtaista absorptiota.

Pulssin leveys määrittää, kuinka terävästi energiaa toimitetaan.

Fluenssi määrittää ablaatiotehon.

Toistotaajuus vaikuttaa käsittelynopeuteen ja lämpömäärän kertymiseen.

Skannausnopeus tasapainottaa energian toimituksen ja pintapeittävyyden.

Jokainen parametri vaikuttaa muihin. Kaikissa onnistuneissa sovelluksissa – olipa kyseessä teräksen ruosteen poisto, maalin poisto alumiinilta tai kalvon poisto keramiikalta – nämä asetukset on huolellisesti optimoitava materiaalien ominaisuuksien, saasteiden luonteen ja vaaditun tarkkuuden perusteella.

Kun laserpuhdistus on oikein konfiguroitu, se muuttuu erittäin tehokkaaksi, koskemattomaksi ja valikoivaksi prosessiksi, joka soveltuu jopa vaativimpiin ympäristöihin.