สามารถทำความสะอาดวัสดุและพื้นผิวใดบ้างด้วยเครื่องทำความสะอาดด้วยเลเซอร์? (6)

การเลือกเลเซอร์และพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสม

การล้างด้วยเลเซอร์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพ แต่จะได้ผลดีก็ต่อเมื่อมีการปรับตั้งอย่างแม่นยำ ประสิทธิภาพ ความคุ้มค่า และความปลอดภัยของการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ขึ้นอยู่กับการเลือกและการปรับสมดุลพารามิเตอร์ของเลเซอร์และพารามิเตอร์การสแกนอย่างถูกต้อง พารามิเตอร์เหล่านี้ควบคุมโดยตรงว่าพลังงานจะไปถึงผิวหน้ามากน้อยเพียงใด การจัดส่งพลังงานเป็นอย่างไร และระบบสามารถแยกแยะระหว่างสิ่งปนเปื้อนกับวัสดุพื้นฐานได้ดีแค่ไหน

เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด คือ การกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกได้สูงสุด โดยไม่ทำลายหรือทำให้วัสดุพื้นฐานเสียหายเลย จำเป็นต้องปรับพารามิเตอร์หลักต่อไปนี้ให้เหมาะสมกับชนิดของวัสดุ สิ่งปนเปื้อน และสภาพผิวหน้าเฉพาะเจาะจง ได้แก่ ความยาวคลื่น ความกว้างพัลส์ ฟลูเอนซ์ อัตราการเกิดพัลส์ และความเร็วในการสแกน

ความยาวคลื่น

ความยาวคลื่นกำหนดสี (หรือในเชิงเทคนิคคือระดับพลังงาน) ของลำแสงเลเซอร์ และมีผลโดยตรงต่อการดูดซับพลังงานของวัสดุ

อินฟราเรด (1064 นาโนเมตร, Nd:YAG หรือเลเซอร์ไฟเบอร์): มีประสิทธิภาพกับโลหะและออกไซด์ โดยคราบสนิมหรือสิ่งปนเปื้อนจะดูดซับพลังงานได้มากกว่าตัวโลหะพื้นฐาน

แสงสีเขียว (532 นาโนเมตร): มีการดูดซับที่ดีขึ้นในสีบางชนิด พอลิเมอร์ และชั้นเคลือบแผ่นวงจรพิมพ์

ยูวี (355 นาโนเมตร, เลเซอร์เอ็กซิเมอร์): เหมาะที่สุดสำหรับวัสดุอินทรีย์ ฟิล์มบาง และพื้นผิวที่ละเอียดอ่อน เช่น พลาสติก หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หลักการสำคัญ: เลือกความยาวคลื่นที่ถูกดูดซับได้ดีโดยสิ่งปนเปื้อน แต่ถูกดูดซับน้อยที่สุดโดยพื้นผิวใต้ชั้นนั้น เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถกำจัดสิ่งสกปรกได้อย่างเฉพาะเจาะจง

ความกว้างของพัลส์ (ระยะเวลาพัลส์)

ความกว้างของพัลส์แสดงถึงระยะเวลาที่พัลส์เลเซอร์แต่ละพัลส์คงอยู่—โดยทั่วไปวัดเป็นนาโนวินาที (ns), พิโควินาที (ps) หรือเฟมโตวินาที (fs) ซึ่งกำหนดอัตราการส่งพลังงาน

เลเซอร์นาโนวินาที (ns): ใช้กันทั่วไปในการทำความสะอาดเชิงอุตสาหกรรม; มีประสิทธิภาพกับคราบสนิม สี และคราบตะกรัน แต่อาจก่อให้เกิดผลทางความร้อนเล็กน้อย

เลเซอร์พิโควินาที (ps): ส่งพลังงานได้เร็วกว่า โดยถ่ายเทความร้อนลงสู่พื้นผิวน้อยกว่า—เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง

เลเซอร์เฟมโตวินาที (fs): คลื่นสั้นมากที่สร้างผล 'การกัดกร่อนแบบเย็น' — เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่ไวต่อความร้อน หรือพื้นผิวในระดับไมโคร

ระยะเวลาของพัลส์ที่สั้นลงจะช่วยลดการกระจายของความร้อน ทำให้โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ลดน้อยลง และรักษาความสมบูรณ์ของวัสดุพื้นฐานไว้ โดยเฉพาะกับวัสดุที่สะท้อนแสงหรือมีจุดหลอมเหลวต่ำ

ฟลูเอนซ์ (ความหนาแน่นของพลังงาน)

ฟลูเอนซ์คือปริมาณพลังงานที่ส่งไปยังพื้นที่หนึ่งๆ ต่อหนึ่งพัลส์ (จูลต่อตารางเซนติเมตร) ถือเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการกำหนดประสิทธิภาพของการทำความสะอาด

ฟลูเอนซ์ต่ำ (<1 J/cm²): อาจไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการกัดกร่อนของสิ่งปนเปื้อน หรือสามารถทำความสะอาดได้เพียงวัสดุที่เกาะติดเบาๆ เท่านั้น

ฟลูเอนซ์ปานกลาง (1–5 J/cm²): มีประสิทธิภาพต่อสิ่งปนเปื้อนทั่วไป เช่น สนิม ออกไซด์ และสี

ฟลูเอนซ์สูง (>5 J/cm²): จำเป็นสำหรับชั้นวัสดุที่หนาหรือดื้อดึง แต่มีความเสี่ยงที่จะทำลายพื้นผิววัสดุหากไม่ควบคุมอย่างเหมาะสม

ความเข้มข้นของพลังงานที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวของสารปนเปื้อนและคุณสมบัติทางความร้อน การเกินค่าขีดจำกัดการกัดกร่อนจะทำให้มั่นใจได้ว่าทำความสะอาดได้ แต่ไม่ควรเกินขีดจำกัดการเสียหายของพื้นผิวฐาน

อัตราการซ้ำ (ความถี่ของพัลส์)

อัตราการซ้ำหมายถึงจำนวนพัลส์เลเซอร์ที่ปล่อยออกมาในหนึ่งวินาที โดยทั่วไปวัดเป็นกิโลเฮิรตซ์ (kHz)

อัตราการซ้ำต่ำ (<10 kHz): พลังงานต่อพัลส์สูงกว่า แต่ความเร็วในการประมวลผลช้ากว่า เหมาะสำหรับการทำความสะอาดที่ต้องการความแม่นยำและลึก

อัตราการซ้ำสูง (10–200+ kHz): ทำให้สามารถทำความสะอาดได้เร็วขึ้น แต่ลดพลังงานต่อพัลส์ลง เหมาะสำหรับการทำความสะอาดคราบที่ไม่มากและพื้นที่ขนาดใหญ่

ข้อแลกเปลี่ยน: อัตราการซ้ำที่สูงขึ้นจะเพิ่มผลผลิต แต่อาจเพิ่มภาระความร้อนสะสมได้ อัตราการซ้ำต้องถูกปรับสมดุลกับความเร็วการสแกนและเวลาในการระบายความร้อน

ความเร็วการสแกน

ความเร็วการสแกนคืออัตราที่ลำแสงเลเซอร์เคลื่อนที่ข้ามพื้นผิว โดยทั่วไปอยู่ในหน่วย มม./วินาที หรือ ม./นาที ซึ่งมีผลโดยตรงต่อปริมาณพลังงานที่ส่งไปยังพื้นที่หนึ่งๆ

ความเร็วในการสแกนช้าลง: พลังงานต่อพื้นที่มากขึ้น; เหมาะสำหรับสิ่งสกปรกที่หนาหรือเหนียวแน่น แต่มีความเสี่ยงสูงต่อการให้ความร้อนกับพื้นผิวฐาน

ความเร็วในการสแกนเร็วขึ้น: เวลาที่เลเซอร์อยู่บนพื้นผิวสั้นลง; เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชั้นบาง พื้นผิวมูลค่าสูง หรือชิ้นส่วนที่ทนต่อความร้อนต่ำ

คำแนะนำในการปรับแต่ง: ความเร็วในการสแกนจะต้องสัมพันธ์กับอัตราการเกิดซ้ำและความทับซ้อนของจุดเลเซอร์ เพื่อให้มั่นใจว่าครอบคลุมพื้นที่ได้อย่างสม่ำเสมอโดยไม่เกิดการเปิดรับแสงเกินขนาด

การล้างด้วยเลเซอร์ไม่ใช่แค่การชี้เลเซอร์แล้วยิง—แต่เป็นกระบวนการทางวิศวกรรมที่ต้องปรับแต่งอย่างแม่นยำ การเลือกชุดพารามิเตอร์ของเลเซอร์และกระบวนการที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการล้างที่สูง โดยมีความเสี่ยงต่ำที่สุด

ความยาวคลื่นควบคุมการดูดซับพลังงานเฉพาะวัสดุ

ความกว้างของพัลส์กำหนดความคมในการส่งพลังงาน

ฟลูเอนซ์กำหนดกำลังการกัดกร่อน

อัตราการเกิดซ้ำส่งผลต่อความเร็วในการประมวลผลและการสะสมความร้อน

ความเร็วในการสแกนช่วยถ่วงดุลการส่งพลังงานและการครอบคลุมพื้นผิว

พารามิเตอร์แต่ละตัวมีผลต่อกันและกัน สำหรับการประยุกต์ใช้งานที่ประสบความสำเร็จ ไม่ว่าจะเป็นการทำความสะอาดคราบสนิมจากเหล็กกล้า การลอกสีออกจากอลูมิเนียม หรือการกำจัดฟิล์มจากเซรามิก การตั้งค่าเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างระมัดระวัง โดยพิจารณาจากคุณสมบัติของวัสดุ ลักษณะของสิ่งปนเปื้อน และระดับความแม่นยำที่ต้องการ

เมื่อตั้งค่าอย่างถูกต้อง การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์จะกลายเป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูง ไม่สัมผัสพื้นผิว และสามารถเลือกจุดที่ต้องการทำความสะอาดได้ ซึ่งเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการความเข้มงวดที่สุด