レーザー洗浄機でどのような材料や表面を清掃できますか？(6)

適切なレーザーとプロセスパラメータを選択する

レーザークリーニングは強力なツールですが 精度に調整された場合にのみです レーザー浄化プロセスの有効性,効率性,安全性は,複数のレーザーとスキャンパラメータを正しく選択しバランス取ることに依存します. これらの変数は 表面にどれだけのエネルギーが届くか そのエネルギーがどのように供給されるか そしてシステムが汚染物質と基質を どの程度区別するか 直接制御します

最適な結果を得るには,基板にゼロまたは最小限の損傷を伴う最大汚染物質除去は,特定の材料,汚染物質の種類,表面状態に合わせて,次の主要なパラメータを調整することが不可欠です.波長,パルス幅,流動,繰り返しの速さ,スキャン速度.

波長

波長はレーザービームの色 (技術的には エネルギーレベル) を定義し 材料がエネルギーを吸収する様子を直接影響します

赤外線（1064 nm、Nd:YAGまたはファイバーレーザー）：錆や汚染物質が母材よりも多くのエネルギーを吸収する金属および酸化物に対して効果的です。

グリーン（532 nm）：特定の塗料、ポリマー、プリント回路基板のコーティングに対してより高い吸収率を実現します。

紫外線（355 nm、エキシマレーザー）：プラスチックや電子部品などの有機材料、薄膜、繊細な表面に最適です。

重要な原則：汚れによって強く吸収され、一方で基材にはほとんど吸収されない波長を選択することで、選択的な除去が可能になります。

パルス幅（パルス持続時間）

パルス幅は各レーザーパルスの持続時間を定義し、通常ナノ秒（ns）、ピコ秒（ps）、フェムト秒（fs）で測定されます。これによりエネルギー供給の速度が決まります。

ナノ秒レーザー（ns）：産業用洗浄で一般的に使用され、錆、塗料、スケールの除去に有効ですが、わずかな熱影響を及ぼす可能性があります。

ピコ秒レーザー（ps）：より高速にエネルギーを供給し、基材への熱伝導が少ないため、高精度の用途に最適です。

フェムト秒レーザー（fs）：「コールドアブレーション」効果を生み出す超短パルス。熱に敏感な材料やマイクロスケールの表面に最適です。

パルス持続時間が短いほど、熱の拡散が抑えられ、熱影響領域（HAZ）を最小限に抑えることができ、特に反射性または低融点の材料において基材の完全性を保持できます。

フルエンス（エネルギー密度）

フルエンスとは、1パルスあたりに単位面積に供給されるエネルギー量（J/cm²）のことです。これは、洗浄効果を決定する上で最も重要なパラメータの一つです。

低フルエンス（<1 J/cm²）：汚染物質のアブレーションには不十分であるか、わずかに付着している物質のみを除去できます。

中程度のフルエンス（1～5 J/cm²）：錆、酸化物、塗料など、一般的なほとんどの汚染物質に有効です。

高フルエンス（>5 J/cm²）：厚く頑強な層の除去に必要ですが、適切に制御しないと基材を損傷するリスクがあります。

最適なフルエンスは、汚染物質の結合強度と熱的特性に依存します。アブレーション閾値を超えることで清掃が保証されますが、基板の損傷閾値を超えてはなりません。

繰り返し周波数（パルス周波数）

繰り返し周波数とは、1秒間に発生するレーザーパルスの回数を指し、通常はキロヘルツ（kHz）で測定されます。

低繰り返し周波数（<10 kHz）：パルスあたりのエネルギーは高いですが、処理速度が遅く、精密かつ深部の清掃に適しています。

高繰り返し周波数（10～200+ kHz）：より高速な清掃が可能ですが、個々のパルスエネルギーは低下し、軽微な汚染や広範囲の清掃に適しています。

トレードオフ：高い繰り返し周波数は生産性を向上させますが、累積的な熱負荷を増加させる可能性があります。繰り返し周波数は、スキャン速度および冷却時間とバランスさせる必要があります。

スキャン速度

スキャン速度とは、レーザー光束が表面を移動する速度であり、通常はmm/sまたはm/minで表されます。これは、特定の領域に供給されるエネルギー量に直接影響を与えます。

スキャン速度が遅い場合：単位面積あたりのエネルギーが増加するため、厚く頑固な汚れには効果的ですが、基材の過熱リスクが高まります。

スキャン速度が速い場合：滞留時間が短くなるため、薄い層や高価値の表面、あるいは熱に敏感な部品に最適です。

最適化のポイント：均一なカバレッジを確保しつつ、過剰露出を防ぐため、スキャン速度は繰り返し周波数およびスポットのオーバーラップ量と一致させる必要があります。

レーザー洗浄とは、レーザーを向けて照射するだけではなく、精密に調整されたエンジニアリングプロセスです。高い清掃性能を実現しつつリスクを最小限に抑えるためには、適切なレーザーとプロセスパラメータの組み合わせを選定することが不可欠です。

波長は材料ごとの吸収特性を制御します。

パルス幅はエネルギー供給の鋭さを決定します。

フラエンスはアブレーション（蒸発除去）能力を決定します。

繰り返し周波数は処理速度および熱蓄積に影響を与えます。

スキャン速度はエネルギー供給と表面カバレッジのバランスを調整します。

各パラメータは互いに影響します。鋼鉄から錆を除去する場合でも、アルミニウムから塗料を剥離する場合でも、セラミックスからフィルムを除去する場合でも、成功させるには、材料の特性、汚染物質の性質、必要な精度に基づいてこれらの設定を慎重に最適化する必要があります。

適切に設定された場合、レーザークリーニングは非常に効率的で、非接触かつ選択的なプロセスとなり、最も過酷な環境にも適しています。