왜 레이저 세척을 선택해야 할까요?

제조업체들은 자동차 및 항공우주 분야뿐만 아니라 더 강하고, 내구성이 뛰어나며, 더 신뢰할 수 있는 제품을 만들기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 이러한 목표를 달성하기 위해 기존 소재 시스템을 저밀도, 내열성, 내식성이 우수한 금속 합금으로 업그레이드하고 교체하는 경우가 많습니다. 이를 통해 제조업체는 시장에서 더 나은 입지를 확보할 수 있습니다.

사실, 그건 이야기의 절반일 뿐이에요.
더욱 강력한 전략적 이점은 제품의 강도, 내구성, 신뢰성에 대한 정량화된 확실성입니다.
오래된 재료를 더 강한 재료로 교체하는 것은 좋은 시작이 될 수 있지만, 더 깨끗하고 효율적인 표면 세척을 통해 튼튼한 구조를 만드는 더욱 진보된 제조 공정도 필요합니다. 자동차 및 항공우주 제조에 자주 사용되는 알루미늄 합금과 탄소 섬유 폴리머 복합재와 같은 첨단 소재는 무게를 줄이고 더욱 안정적인 접합부를 만들기 위해 접합이 필요합니다. 패스너를 사용하면 구조에 무게가 더해지기 때문입니다.
기존 알루미늄 마감 기술에는 샌드블라스팅, 용제 세척, 연마(연마 패드 사용) 또는 아노다이징 처리가 있습니다. 접착 접합은 기존 마감 처리 방식과 호환되지 않는 더욱 자동화된 공정으로의 전환을 가능하게 합니다.
양극 산화 처리는 항공우주 분야에서 더 일반적으로 사용되는데, 이는 더 비싸고 더 엄격한 처리 과정을 거쳐 엄격한 사양을 충족하기 위해 사용됩니다. 샌드블라스팅과 수동 연마 기술의 고유한 가변성은 더욱 제어된 공정이 필요함을 분명히 보여줍니다.
레이저 세척 또는 레이저 어블레이션은 금속 및 복합재 표면 세척에 있어 더욱 정밀하고 환경 친화적이며 자동화 가능하고 효율적인 방법으로 이러한 공정상의 공백을 메워줍니다. 이러한 소재 표면에서 발견되는 오염 물질은 레이저 가공을 통해 쉽게 제거할 수 있습니다.
레이저 세척은 매우 강력하기 때문에 표면에 어떤 영향을 미치는지 정확히 아는 것이 중요합니다. 적절하게 처리된 표면과 과소 또는 과다 처리된 표면의 차이를 평가하는 것은 매우 어려울 수 있습니다. 레이저 공정 자체만큼 민감하고 정밀한 정량적 공정 검증 기술을 통해 제조업체는 금속 및 복합재 표면이 접합 준비가 완벽하게 되었다는 확신을 가질 수 있습니다.

다음의 포춘 레이저는 레이저 세척을 선택하는 이유에 대해 자세히 소개합니다.

1 –레이저 클리닝이란??
레이저 처리는 매우 정밀한 열 세척 기술로, 집속된, 종종 펄스 형태의 레이저 빔을 통해 재료 표면의 미세한 부분을 제거(어블레이션)하는 방식입니다. 레이저는 표면에 조사되어 원자를 제거하고, 매우 단단한 재료에 매우 작고 깊은 구멍을 뚫어 표면에 박막이나 나노입자를 생성하는 데 사용될 수 있습니다.

이 표면 세척 공정은 매우 미세한 오염 물질과 잔류물 층을 제거할 수 있기 때문에 매우 효과적입니다. 알루미늄 표면에는 접착제 접합에 해로운 산화물과 윤활유가 포함되어 있으며, 복합재에는 접착제와 강력한 화학 결합을 형성할 수 없는 잔류 이형제와 기타 실리콘 오염물이 종종 남아 있습니다.
이러한 잔류물이 있는 표면에 접착제를 도포하면 접착제는 재료의 최상단 분자층에 있는 오일과 실리콘에 화학적으로 접착하려고 합니다. 이러한 결합은 매우 약하여 성능 시험이나 제품 사용 중에 필연적으로 파손됩니다. 표면과 접착제 또는 코팅이 만나는 지점에서 접합부가 파손되는 것을 계면 파손이라고 합니다. 겹침 전단 시험 중 응집 파손은 접착제 자체 내에서 파손이 발생하는 것을 말합니다. 이는 매우 강력한 접착력과 탄력적이고 내구성이 뛰어난 조립 구조를 나타냅니다.

레이저로 처리한 이러한 복합재 샘플의 응집 파괴는 결합된 재료의 양면에 접착제가 있다는 것을 보여줍니다.

처리하지 않은 이러한 복합재 샘플의 계면 파손은 접착제가 한쪽 면에만 달라붙고 다른 쪽 면은 완전히 떨어져 나갔다는 것을 보여줍니다.
응집 파괴가 발생하면 계면 결합이 쉽게 끊어지지 않습니다. 표면 처리는 표면을 개질하여 오염 물질을 제거하고 접착제와 화학적으로 융합하여 내구성 있고 안정적인 결합을 형성할 수 있는 표면을 만드는 것을 목표로 합니다.
 
2- 레이저 처리된 표면이 접착 준비가 되었는지 확인하는 방법
IJAA 논문에서 언급된 것과 같은 접촉각 측정은 시간 경과에 따른 처리 성능 저하를 이해하는 데 사용되며, 레이저 세척 공정을 모니터링하고 검증하는 매우 좋은 방법입니다.
접촉각 측정은 레이저 처리되는 표면에서 발생하는 분자 변화에 민감합니다. 표면에 놓인 액체 방울은 표면의 미세 오염 정도에 따라 정확하게 상승하거나 하강합니다. 접촉각 측정은 접착력을 나타내는 확실한 지표이며, 처리 강도가 재료의 세척 요구 사항과 얼마나 일치하는지에 대한 명확성과 가시성을 제공합니다.
접촉각 측정은 분광법을 통해 측정된 오염 물질 수준의 변화와 매우 밀접한 상관관계를 보입니다. 표면 오염 물질의 정밀 측정은 대부분 제조업체에서 구매할 수 없는 장비를 사용하여 이루어지며, 어차피 실제 제조되는 부품에는 사용할 수 없습니다.
생산라인에서 처리 직전과 직후에 접촉각 측정을 수행할 수 있습니다.수동또는자동화된 측정 도구대량, 고정밀 생산의 자동화 요구로 인해 레이저 세척이 구식 표면 처리 방법을 대체하는 것처럼, 접촉각 측정도 다인 잉크 및 방수 테스트와 같은 주관적이고 부정확한 표면 품질 테스트를 더 이상 쓸모없게 만듭니다.
강도 성능 시험은 가공 중인 재료의 샘플만을 검사하여 불량률을 높일 뿐, 더 강한 접합력을 구축하는 방법에 대한 지표는 제공하지 않습니다. 생산 라인 전체에 걸쳐 접촉각을 적용하면 공정에서 수정이 필요한 부분을 정확히 파악할 수 있으며, 무엇을 어느 정도로 수정해야 하는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

3- 레이저 세척을 사용하는 이유는 무엇입니까?
레이저 표면 처리가 접착력을 향상시키는 방법에 대한 많은 연구가 진행되어 왔습니다. 예를 들어,Journal of Adhesion에 게재된 논문레이저 세척이 기존 방법에 비해 관절 강도를 얼마나 향상시키는지 알아보았습니다.
실험 결과에 따르면, 사전 접착 레이저 표면 처리는 변성 에폭시 접합 알루미늄 시편의 전단 강도를 무처리 및 양극 산화 처리된 기판에 비해 크게 향상시켰습니다. 레이저 에너지가 약 0.2 J/Pulse/cm²일 때 가장 좋은 결과를 얻었으며, 단일 랩 전단 강도는 무처리 알루미늄 합금 대비 600~700%, 크롬산 양극 산화 전처리 대비 40% 향상되었습니다.

처리 중 레이저 펄스 수가 증가함에 따라 파괴 양상은 접착성에서 응집성으로 변화했습니다. 응집성 파괴 양상은 전자 현미경으로 확인된 형태학적 변화 및 오제 분광법과 적외선 분광법으로 확인된 화학적 변형과 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다.
레이저 절삭의 또 다른 흥미로운 효과는 시간이 지나도 손상되지 않는 표면을 만들어낼 수 있는 강력함입니다.
포춘 레이저레이저 세척이 표면과 놀라운 방식으로 어떻게 상호 작용하는지 연구하는 훌륭한 연구를 수행했습니다. 알루미늄을 레이저로 처리하면 표면에 작은 크레이터가 생성되고, 이 크레이터는 녹아내림과 동시에 거의 동시에 응고되어 알루미늄 자체보다 훨씬 더 강한 미세 결정층을 형성합니다.

아래 차트를 보면 레이저 처리된 알루미늄과 화학 처리된 알루미늄을 사용한 접합의 전단 강도 차이를 알 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 표면이 습한 환경에 노출되면 화학 처리된 표면의 접합력이 크게 감소합니다. 습기가 표면을 부식시키기 시작하는 반면, 레이저 처리된 표면은 몇 주 동안 노출되어도 내식성을 유지합니다.

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