Jan 15,2026
펄스 레이저 세정 장비는 나노초 또는 심지어 피코초 단위로 지속되는 극도로 짧은 에너지 파동을 생성함으로써 작동합니다. 이러한 짧은 펄스는 기계가 평상시 출력하는 수준보다 수천 배 높은 피크 전력 수준을 만들어냅니다. 그 결과, 결합을 즉각적으로 분해하고 표면의 먼지 및 오염물을 증발시켜 제거하는 강렬한 에너지 폭발이 발생하지만, 대부분의 열은 세정 대상 재료로부터 멀리 떨어져 유지됩니다. 예를 들어 25와트 시스템의 경우, 평균 출력은 25와트에 불과하지만, 순간적인 펄스 동안에는 5000와트까지 도달할 수 있습니다! 이를 통해 기계적 충격과 접촉 시 미세한 플라즈마 형성을 동시에 활용하여 산업용 오래된 페인트나 완고한 금속 산화물 같은 어려운 오염물질도 효과적으로 제거할 수 있습니다. 각 펄스가 매우 빠르게 발생하기 때문에 작업 중인 표면 근처에서 열이 축적될 시간조차 없습니다. 따라서 이 시스템은 정밀 전자 부품이나 항공기 제조에 사용되는 얇은 벽 구조물과 같이 민감한 부재에도 탁월하게 작동합니다. 정밀도가 가장 중요하고 열 손상이 절대 허용되지 않는 상황에서는 당연히 최선의 선택이 되는 것입니다.
CW 레이저는 에너지를 순간적으로 방출하는 대신 지속적인 에너지 흐름을 제공하여 처리되는 표면에 균일한 열 분포를 만들어냅니다. 이 에너지가 천천히 방출되면서 경량의 녹, 기름 찌꺼기 및 산화층과 같은 다양한 표면 오염물질을 열분해(pyrolysis)라는 과정을 통해 분해합니다. 이러한 시스템을 설정할 때 기술자는 일반적으로 50와트에서 500와트 사이의 출력 수준과 레이저가 재료 위를 이동하는 속도(분당 약 100인치 정도)라는 두 가지 주요 매개변수를 조정합니다. 느린 이동은 두꺼운 오염물 제거에 필요한 깊은 열 침투를 가능하게 하는 반면, 빠른 이동은 열 전도성이 좋은 재료를 손상시키는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 펄스 방식 레이저 장비와 비교했을 때, 연속파(CW) 모델은 에너지를 저장하기 위한 특수 커패시터 없이도 지속적으로 작동합니다. 따라서 제품이 컨베이어 벨트를 따라 빠르게 이동하는 공장 환경, 특히 강철 압연 작업이나 자동차 차체 패널 도장 전 처리 공정과 같은 산업 분야에 매우 적합합니다.
나노초 펄스 레이저의 경우, 기본적으로 열 에너지를 수분의 1밀리초 이하에 해당하는 매우 짧은 시간 동안 집중시킵니다. 이를 통해 열 확산을 제한할 수 있으므로 가공 중인 재료의 온도를 섭씨 200도 이하로 유지할 수 있습니다. 대부분의 금속 합금에서 어닐링이나 변형과 같은 문제가 발생하지 않는 점을 고려하면 이는 상당히 중요한 특성입니다. 반면 연속파(CW) 레이저는 다르게 작동합니다. 이러한 레이저는 재료에 더 오랜 시간 동안 에너지를 조사하여 금속 표면 온도를 섭씨 500도 이상으로 끌어올릴 수 있습니다. 이렇게 높은 온도에서는 입계 부식, 미세 구조 변화 또는 재료 자체의 휨과 같은 문제가 발생하기 시작합니다. 이제 폴리머에 대해 살펴보겠습니다. 펄스 레이저 시스템은 열영향부(HAZ)를 대개 5마이크로미터 이하로 매우 작게 유지할 수 있으므로 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 고품질 플라스틱이 기계적 특성을 그대로 유지할 수 있습니다. 그러나 폴리머 재료에 CW 시스템을 사용할 경우 상황이 빠르게 복잡해집니다. 이러한 시스템은 유리전이온도를 초과하는 경향이 있으며, 얇은 재료나 열 전도성이 낮은 재료에서 단순한 녹음부터 완전한 표면 열화까지 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다.
누적된 열 손상이 허용되지 않는 응용 분야에서는 마이크론 수준의 정밀 제어와 열적 무결성이 필수적이며, 이러한 산업은 펄스 레이저 세척기에 의존하고 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
펄스 레이저 시스템은 화학적으로 결합되었거나 단순히 기계적으로 달라붙어 제거하기 어려운 오염물질을 제거하는 데 매우 효과적입니다. 여기에는 산업용 페인트 코팅, 소결된 산화층, 제조 공정에서 남은 에폭시 잔여물, 그리고 모두가 싫어하는 용접 스케일 부식 등이 포함됩니다. 이러한 레이저의 특별한 점은 강력한 에너지를 순간적으로 방출함으로써 재료를 과도하게 가열하지 않으면서도 층 단위로 정밀하게 제거할 수 있다는 것입니다. 또한 레이저가 표면에 도달하면 미세한 플라즈마 충격을 발생시켜 여전히 부착된 오염물질을 더욱 효과적으로 제거합니다. 정밀도가 중요한 터빈 블레이드 청소, 원자력 배관 용접부 수리, 항공기 부품 유지보수와 같은 응용 분야에서는(때로는 5마이크론 수준까지 요구됨) 펄스 레이저가 기존의 열 기반 방식으로는 달성할 수 없는 성능을 제공합니다. 열처리 방식은 금속의 물성을 변화시키거나 더 나아가 후에 문제를 일으킬 수 있는 미세 균열을 유발하는 경향이 있습니다.
CW 레이저는 얇고 균일한 표면 층을 넓은 면적에서 제거할 때 가장 효과적으로 작동하며, 예를 들어 미세한 기름, 산화물 축적, 이형제 또는 식품 등급 바이오필름과 같은 물질 제거에 적합합니다. 연속적인 빔은 조절이 쉬운 일정한 열을 제공하므로 자동차 제조, 식품 가공 라인 및 금형 정비 공장에서 사용되는 컨베이어 시스템에 매우 이상적입니다. 작업자는 전력 수준과 스캔 설정을 조정하여 금형 전체, 구조용 빔 또는 강철 코일 전체에 걸쳐 표면 온도를 안정적으로 유지할 수 있습니다. 레이저는 작업이 완료될 때까지 지속적으로 작동하므로 아블레이션 방식과 달리 펄스 마크나 처리 지점 사이의 시간 제한을 고려할 필요가 없습니다.
터빈 블레이드 수리, 회로 기판의 유출물 청소, 또는 원자력 배관 용접부의 녹 제거와 같이 매우 중요한 마이크론 수준 작업에서 펄스 레이저 청소 장비는 다른 방법들이 따라올 수 없는 특별한 이점을 제공합니다. 이러한 장비는 10나노초보다 짧은 펄스로 작동하여 정밀한 소재에 열 영향 영역을 거의 발생시키지 않으면서 약 5마이크로미터 두께의 산화층을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 그 결과 부품의 수명, 전기 회로의 전도성, 구조물의 응력 저항성 등과 같은 핵심 성능 요소가 원래 설계된 상태 그대로 유지됩니다. 항공기 제조 현장이나 원자력 발전소와 같은 곳을 살펴보면, 잔류 오염물은 더 이상 청결 문제를 넘어 안전 기준 승인 여부에 직접적인 영향을 미치게 됩니다. 따라서 많은 원천설비제조업체(OEM)들은 정비 매뉴얼을 업데이트할 때 이제 이러한 펄스 방식 시스템을 특별히 요구하고 있습니다.
CW 레이저 청소 장비는 요즘 대부분의 대량 생산 산업 현장에서 가장 선호되는 선택지입니다. 이는 누구도 실제로 필요로 하지 않는 고급 마이크론 이하 정밀도 사양보다는 처리 용량, 가동 시간, 기존 자동화 시스템과의 원활한 통합을 우선시하기 때문입니다. 시간당 약 500톤 이상을 처리하는 열간 압연 공장의 디케일링 라인을 예로 들 수 있습니다. 이러한 레이저들은 거대한 강판이 라인을 따라 끊임없이 이동할 때에도 계속해서 그 효과를 발휘하며, 다른 방법들에서 흔히 발생하는 번거로운 정지-재위치 반복 문제 없이 작업이 가능합니다. 또한 사출 성형 공장에서도 CW 시스템은 펄스 방식 대비 30~50% 더 빠른 속도로 거대한 몰드 내부에 남아 있는 릴리스제 잔여물을 제거해 줍니다. 다만 폴리머 도구의 경우 온도 변화에 민감할 수 있으므로 열 모니터링은 여전히 중요합니다. 그러나 전반적으로 CW 레이저는 일관된 결과와 빠른 처리 속도가 생산 목표 달성 여부를 결정하는 상황에서 더욱 효과적으로 작동합니다.
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