KR102536286B1 - 레이저를 이용한 코팅층 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코팅층을 제거하는 과정에서 취성소재의 열적 손상을 방지할 수 있고, 취성소재의 상, 하면에 각각 위치되는 코팅층을 선택적으로 동시에 제거할 수 있는 레이저를 이용한 코팅층 제거방법에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 코팅층 제거방법은, 취성소재와 코팅층의 특성에 맞추어 레이저빔의 유효초점거리와 초점심도를 설정하는 설정 단계; 설정된 조건에 맞추어 레이저빔을 렌즈에 입사시키는 레이저빔 입사 단계; 상기 취성소재 쪽으로 입사된 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사 단계; 및 상기 조사 단계를 통해 조사되는 레이저빔을 통해 상기 코팅층을 제거하는 코팅층 제거 단계로 이루어지고, 상기 설정 단계에서는, 상기 렌즈와 상기 코팅층 간의 거리보다 상대적으로 상기 유효초점거리가 길게 설정되는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저를 이용한 코팅층 제거방법{Coating Layer Removal Method using Laser}

본 발명은 레이저를 이용한 코팅층 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 취성소재의 상면 또는 저면에 부착되어 취성소재의 손상을 방지하는 코팅층을 레이저빔을 통해 부분적으로 제거하여 취성소재의 가공이 가능하게 하는 레이저를 이용한 코팅층 제거방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 취성소재의 표면에는 소재의 운반 및 가공 과정에서 표면이 손상되는 것을 방지하기 위한 코팅층을 형성하여 제공되는데, 이러한 코팅층은 취성소재를 용도에 맞춰 가공하는 과정에서 취성소재와 함께 레이저빔에 의해 절단되어 제거되거나, 또는 취성소재의 표면에 레이저를 집광하여 표면에 집광된 영역으로부터 코팅층 등을 제거하는 어블레이션(ablation) 방식을 통해 코팅층만이 따로 제거된 다음, 취성소재가 절단되게 된다.

이때 어블레이션 방식과 다르게 유효초점거리를 짧게 하여 얕은 초점심도를 가지도록 레이저빔을 조사하여 표면의 코팅층만을 제거하는 디포커스(defocus) 방식이 사용되기도 한다.

상기와 같은 목적의 종래 기술로는 공개특허공보 제2017-0096415호의 레이저 클리닝 방법과 이를 이용한 레이저 가공방법 및 장치(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다.

상기 특허문헌은 레이저빔을 이용하여 가공대상물의 절단선 주위에 생성된 입자들 및 상기 가공대상물에 도포된 코팅물질을 제거하는 레이저 클리닝 방법에 있어서, 상기 레이저 빔을 디포커싱(defocusing)하여 가공대상물의 절단선 주위에 조사하는 단계; 및 상기 디포커싱된 레이저 빔을 상기 절단선을 따라 이동시키면서 라인 주사하여, 상기 입자들 및 상기 코팅물질을 동시에 제거하는 단계로 이루어진다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술들은 어블레이션 방식의 경우 V자형 절단 방식으로 인해 비스듬한 절단면이 형성되게 되고, 이에 의해 정확한 치수의 형상 커팅이 어려운 단점이 있다.

또한, 취성소재에 과도한 열 전도현상이 발생하여 취성소재의 형상이나 물성이 변하거나 코팅층이 과도하게 제거되는 문제가 있다.

따라서 코팅층을 제거하는 과정에서 취성소재의 열적 손상을 방지하고, 취성소재의 상, 하면에 각각 위치되는 코팅층을 제거하는 데에 소요되는 공정을 단축시킬 수 있도록 개선된 코팅층 제거방법의 개발이 요구된다.

KR 10-2017-0096415 A (2017. 08. 24.) KR 10-2020-0102534 A (2020. 08. 31.) KR 10-2017-0036007 A (2017. 03. 31.) KR 10-2006-0036076 A (2006. 04. 27.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 레이저를 이용한 코팅층 제거방법이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 코팅층을 제거하는 과정에서 취성소재의 열적 손상을 방지할 수 있고, 취성소재의 상, 하면에 각각 위치되는 코팅층을 선택적으로 동시에 제거할 수 있는 레이저를 이용한 코팅층 제거방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 레이저를 이용한 코팅층 제거방법은, 취성소재와 코팅층의 특성에 맞추어 레이저빔의 유효초점거리와 초점심도를 설정하는 설정 단계; 설정된 조건에 맞추어 레이저빔을 렌즈에 입사시키는 레이저빔 입사 단계; 상기 취성소재 쪽으로 입사된 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사 단계; 및 상기 조사 단계를 통해 조사되는 레이저빔을 통해 상기 코팅층을 제거하는 코팅층 제거 단계로 이루어지고, 상기 설정 단계에서는, 상기 렌즈와 상기 코팅층 간의 거리보다 상대적으로 상기 유효초점거리가 길게 설정되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 설정 단계에서 극초단파 펄스 레이저가 사용되는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 코팅층 제거 단계에서 상기 취성소재의 상면에 위치되는 상부 코팅층을 제거하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 코팅층 제거 단계에서 상기 취성소재가 투명 재질일 경우, 상기 취성소재의 상면과 저면에 각각 위치되는 상, 하부 코팅층을 동시에 제거하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 취성소재의 상면 또는 저면에 형성되는 상, 하부 코팅층이 레이저빔을 통해 선택적으로 동시에 제거될 수 있고, 이를 통해 상, 하부 코팅층을 제거하기 위한 공정을 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한, 극초단 펄스 레이저의 펄스폭이 취성소재의 열 전파 시간보다 짧아 열에 의한 손상을 줄일 수 있고, 특정 주파수 영역의 극초단 펄스 레이저가 취성소재를 타격하지 못하고 그대로 투과되므로 취성소재에 구조 변화가 발생하는 것이 방지되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 코팅층 제거방법의 예를 보인 공정 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 유효초점거리와 초점심도 간의 관계를 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 코팅층 제거방법을 통해 상부 코팅층이 제거되는 예를 보인 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 코팅층 제거방법을 통해 상, 하부 코팅층이 동시에 제거되는 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 코팅층을 제거하는 과정에서 취성소재의 열적 손상을 방지할 수 있고, 취성소재의 상, 하면에 각각 위치되는 코팅층을 선택적으로 동시에 제거할 수 있는 레이저를 이용한 코팅층 제거방법을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 설정 단계(S10), 레이저빔 입사 단계(S20), 레이저빔 조사 단계(S30) 및 코팅층 제거 단계(S40)로 이루어진다.

(1) 설정 단계(S10)

이 단계는 취성소재(1)와 코팅층의 특성에 맞추어 레이저빔의 유효초점거리(Effective Focal Length, EFL)와 초점심도(Depth of Focus, DOF)를 설정하는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이 입사 광선의 연장선과 출사 광선의 연장선이 만나는 점으로부터 광축에 수선을 내려 광축과 만나는 점을 주요점이라 하는데, 여기서 유효초점거리(EFL)는 상기 주요점으로부터 초점(F)까지의 거리를 나타내고, 초점심도(DOF)는 렌즈(L)를 통과한 빛을 취성소재(1)에 조사될 때, 맞출 수 있는 초점의 범위를 나타낸다.

이때 유효초점거리(EFL)가 길어질수록 초점심도(DOF)가 깊어지고, 유효초점거리(EFL)가 짧아질수록 초점심도(DOF)가 얕아지게 된다.

이러한 설정 단계(S10)에서는 취성소재(1)의 두께, 코팅층의 두께, 렌즈(L)와 코팅층 표면까지의 이격거리, 취성소재(1)의 재질(투명도), 양면 코팅층 유무 등의 정보가 입력될 수 있다.

그리고 입력되는 정보에 기초하여 렌즈(L)와 코팅층 표면까지의 이격거리보다 상대적으로 유효초점거리(EFL)가 긴 렌즈(L)가 선택되거나 렌즈(L)의 높이 값이 조절되게 된다.

또한, 본 발명은 극초단 펄스 레이저가 사용되는데, 이러한 극초단 펄스 레이저는 펄스폭이 재료의 열확산(Thermal effect) 시간보다 짧아 레이저가 조사되는 부분만이 제거되어 초정밀 가공이 가능한 특징이 있고, 이러한 극초단 펄스 레이저를 통해 취성소재(1)의 표면 코팅층을 제거하는 과정에서 발생하는 취성소재(1)의 열 손상 및 물성 변화가 방지되게 된다.

(2) 레이저빔 입사 단계(S20)

이 단계는 위 설정 단계(S10)를 통해 레이저빔의 조건이 설정되고 나면, 설정된 조건에 맞추어 레이저빔을 렌즈(L)에 입사하는 것이다.

이때 레이저빔 가공장치는 공지된 다양한 종류의 레이저빔 가공장치(도시하지 않음) 중에서 선택되어 구성되는 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

(3) 레이저빔 조사 단계(S30)

이 단계는 위 레이저빔 입사 단계(S20)를 통해 렌즈(L)에 입사된 레이저빔을 취성소재(1) 쪽으로 조사하는 것이다.

(4) 코팅층 제거 단계(S40)

이 단계는 위 레이저빔 조사 단계(S30)를 통해 조사되는 레이저빔을 통해 워크스테이지 위에 안착된 취성소재(1)의 코팅층을 제거하는 것이다.

이때 레이저빔 가공장치의 레이저 헤드가 미리 설정된 이동 경로를 따라 이동되면서 작업이 진행될 수 있고, 이를 통해 코팅층은 직선, 곡선 또는 패턴 모양 등으로 다양한 형상으로 제거될 수 있다.

또한, 취성소재(1)의 상면 또는 저면에만 코팅층이 형성된 경우, 즉 상부 코팅층(2) 또는 하부 코팅층(3)만이 형성된 경우에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 초점(F)이 취성소재(1)의 내측에 위치되어 위쪽 초점심도(DOF)가 상부 코팅층(2) 영역에 위치되거나 또는 아래쪽 초점심도(DOF)가 하부 코팅층(3)의 영역에 위치되게 되고, 이를 통해 상부 코팅층(2) 또는 하부 코팅층(3)이 초점심도(DOF)에 대응되는 폭만큼 부분적으로 제거되게 된다.

또 다르게는 투명 재질의 취성소재(1)의 상, 하면에 각각 코팅층이 형성된 경우, 즉 상, 하부 코팅층(2, 3)이 형성된 경우에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 위쪽 초점심도(DOF)가 상부 코팅층(2) 영역에 위치되면서 아래쪽 초점심도(DOF)가 하부 코팅층(3) 영역에 위치되게 되고, 이를 통해 상, 하부 코팅층(2, 3)이 초점심도(DOF)에 대응되는 폭만큼 부분적으로 동시에 제거되게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 취성소재의 상면 또는 저면에 형성되는 상, 하부 코팅층이 레이저빔을 통해 선택적으로 동시에 제거될 수 있고, 이를 통해 상, 하부 코팅층을 제거하기 위한 공정을 줄일 수 있게 된다.

또한, 극초단 펄스 레이저의 펄스폭이 취성소재의 열 전파 시간보다 짧아 열에 의한 손상을 줄일 수 있고, 특정 주파수 영역의 극초단 펄스 레이저가 취성소재를 타격하지 못하고 그대로 투과되므로 취성소재에 구조 변화가 발생하는 것이 방지되게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 취성소재 2: 상부 코팅층
3: 하부 코팅층 A: 코팅제거부
DOF: 초점심도 EFL: 유효초점거리
F: 초점 L: 렌즈

Claims (4)

1. 취성소재(1)와 코팅층의 특성에 맞추어 레이저빔의 유효초점거리(EFL)와 초점심도(DOF)를 설정하는 설정 단계(S10);
   설정된 조건에 맞추어 레이저빔을 렌즈(L)에 입사시키는 레이저빔 입사 단계(S20);
   상기 취성소재(1) 쪽으로 입사된 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사 단계(S30); 및
   상기 조사 단계(S30)를 통해 조사되는 레이저빔을 통해 상기 코팅층을 제거하는 코팅층 제거 단계(S40);
   로 이루어지고,
   상기 설정 단계(S10)에서는,
   상기 렌즈(L)와 상기 코팅층 간의 거리보다 상대적으로 상기 유효초점거리(EFL)가 길게 설정되며,
   상기 설정 단계(S10)에서는,
   펄스폭이 재료의 열확산(Thermal effect) 시간보다 짧아 레이저가 조사되는 부분만이 제거되어 초정밀 가공이 가능한 극초단파 펄스 레이저가 사용되어, 상기 취성소재(1)의 표면 코팅층을 제거하는 과정에서 발생하는 상기 취성소재(1)의 열 손상 및 물성 변화가 방지되도록 하고,
   상기 코팅층 제거 단계(S40)에서는,
   투명 재질의 상기 취성소재(1)의 상면과 저면에 각각 위치되는 상, 하부 코팅층(2, 3)을 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 코팅층 제거방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images