レーザー洗浄と表面テクスチャリング: 産業用途、利点、将来の傾向

レーザー技術がなければ、今日の精密板金製造の成果は不可能でしょう。レーザー切断は現在どこにでも普及しており、レーザー溶接は-自動か手動かにかかわらず-急速に普及しています。ただし、レーザーは切断と溶接に限定されません。クリーニングも行うことができます。

レーザー洗浄技術はまだ広く採用されていませんが、特に航空宇宙や自動車などの業界の特殊な洗浄プロセスにおいて、塗装除去や錆除去などの用途ですでに確固たる足場を確立しています。ほとんどのレーザー洗浄装置は走査光学コンポーネントを利用しており、レーザー ビームを毎秒数メートルの速度で移動させ、目的の形状 (円形や長方形など) で表面にレーザー ビームを投影できます。

レーザークリーニング一連の異なるプロセスが含まれており、主に 2 つのカテゴリに分類されます。 1 つは表面の汚染物質を除去すること、もう 1 つはコーティング、接着、またはその他の用途の特定の要件を満たすために表面を「彫刻」または「テクスチャリング」することです。汚染物質の除去 (「クリーニング」と呼ばれる) とレーザー テクスチャリングは類似または同一の装置を利用できますが、これら 2 つのプロセスは根本的に異なり、メーカーは特定のニーズに基づいて適切なカテゴリを選択します。

レーザークリーニングの中核は、錆や不要な塗料などの表面汚染物質を除去することです。通常、装置には、レーザーによって除去された汚染物質を捕捉するためのヒューム抽出システムが含まれています。チタンの洗浄など、一部の重要な航空宇宙用途では、酸化物の形成を防ぐために保護ガスが必要です。

多くの一般的な用途では、レーザーは表面の汚染物質を除去することによって機能します。アブレーション (固体材料のガスへの直接変換) は、汚染物質のアブレーション閾値が母材金属のアブレーション閾値より大幅に低く、レーザーが金属表面に影響を与えることなく汚染物質を蒸発させることができる場合に最も効果的です。

レーザーによって供給されるエネルギーは、除去する材料に応じてさまざまな方法で洗浄操作を実行します。たとえば、レーザーは表面に熱衝撃効果を発生させ、汚染物質と母材の熱膨張係数の違いにより錆などの表面の破片を「振り落とす」ことがあります。場合によっては、レーザーの熱によって除去対象の材料が焼き尽くされてしまいます。-通常はペイントやその他の有機コーティングです。

油汚れはレーザー光を透過するため、アブレーションや熱衝撃では除去できません。このような場合、レーザーはオイルの特定の部分を「沸騰」させます。具体的には、レーザーが金属表面の小さな領域を加熱し、油滴を表面から空気中に飛び散らせ、そこでヒューム抽出システムが油滴を捕捉します。 「これらの用途では、ヒューム抽出システムはレーザー自体と同じくらい重要です。」

レーザーは他のツールでは比類のない精度を提供します。レーザー出力、パルス持続時間、ビームプロファイルを調整できるため、周囲の領域に影響を与えることなく、指定された領域のみを除去するプロセスが可能になります。レーザー洗浄と同様に、-汚染物質の除去中に母材金属は影響を受けません-レーザーテクスチャリングも正確な制御の下で実行できます。

これらのプロセス中、レーザー ビームは通常、中心に高エネルギーが集中したガウス ビームになります。レーザーは金属層をアブレーションし、その下の金属に固体から液体へ、そして固体への瞬間的な相変化を引き起こします。-。このプロセスでは通常、シングルモード レーザーが使用されます。これにより、非常に小さな焦点が生成され、高精度の表面テクスチャが作成されます。

このプロセスは、各研磨粒子のサイズが正確に制御されるブラスト操作にたとえることができます。-ただし、レーザー テクスチャリングの動作方法はまったく異なります。研磨粒子による物理的な衝撃ではなく、レーザー熱を使用して表面を処理します。

一部の金属製造用途では、レーザー テクスチャリングにより表面を正確にパターン化し、表面の特性を変更できます。-たとえば、表面を疎水性にします。これらの精密テクスチャリング アプリケーションでは通常、ピコ秒またはフェムト秒単位で測定される非常に短いパルス持続時間のレーザーが使用されます。他の多くのテクスチャリング用途は、研磨粒子や化学洗浄剤を必要とせずに、コーティング用の金属表面を準備するために使用されます。

自動レーザー クリーニングは、低混合、大量環境においてますます一般的になりつつあります。{0}{1}{0}たとえば、バッテリー溶接の洗浄が典型的な用途です。 「これらのシステムは何百万もの部品を処理し、表面を洗浄しながら毎秒複数の部品を溶接します。」

スタンピング後の潤滑剤の除去は、急速に成長しているもう 1 つの用途です。以前は、これらの作業はコーティング用のプレス部品を準備するために大規模な洗浄ラインに依存しており、金属やその他の破片によって汚染されやすい大量の水を使用するため、処理が困難でコストがかかりました。-

接着剤の準備、特にレーザーテクスチャリングも重要な応用分野です。場合によっては、特定のテクスチャやパターンの表面に適合する特定の接着剤を使用してハウジングを組み立てる必要がある場合があります。ブレーキパッドの製造にも同様の技術が採用されており、ブレーキパッドを装着する前に、レーザーで金属表面に凹凸を付けます。

レーザー溶接の速度と品質の利点はよく知られているため、ワークショップでの使用が増えています。では、レーザーテクスチャリングはサンドブラストに取って代わることができるのでしょうか?

自動化装置は、特に単純な幾何学的形状の部品の場合、大量、低混合のシナリオ-で優れたパフォーマンスを発揮します。-しかし、部品がますます複雑になり、部品アセンブリが大きくなるにつれて、自動化の難易度も高まります。これはレーザー テクスチャリングの性質に関係します。理想的には、レーザー ビームは金属表面に対して垂直であるか、-できる限り垂直に近い必要があります。

レーザークリーニングとテクスチャリングはすべての状況に適しているわけではありません。それらの適用性は、除去する汚染物質の種類と表面処理の要件によって異なります。たとえば、レーザーは、特に高スループットを必要とする自動環境では、熱間圧延鋼板-から厚い酸化物層を除去するのにはあまり効果的ではありません-。

それにもかかわらず、レーザー洗浄とテクスチャリングは、特に熟練労働者の確保に苦労している業界において、依然として大きな可能性を示しています。サンドブラストや化学洗剤を使用すると、作業環境が理想的とは言えなくなることがよくあります。

すべての研磨媒体や化学物質をレーザーで置き換えることにより、{0}}適切な安全手順（個人用保護具、レーザーの安全対策、適切なレーザー安全ガラスを備えた連動筐体など）-を介して-工場の作業場をよりクリーンで魅力的な職場に変えることができます。労働者を惹きつける新たな方法を常に模索している業界にとって、より良い労働環境を作り出すことは間違いなく良い考えです。