DLMP®を使用したTeflon®フッ素重合体の加工
関連する名称： |
Fluon®、Teflon® |
化学名： |
PTFE、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ（ジフルオロメチレン）、ポリ（テトラフルオロエテン）、ポリ（1,1,2,2-テトラフルオロエチレン） |
メーカー： |
AGCケミカルズ |
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は、一般にTeflon®という商品名で知られています。非固着性、撥水性、耐薬品性、耐温度性などの特性が注目されている合成フッ素重合体です。その優れた特性のために、Teflon®は商業、産業、および航空宇宙用途で、最も要求の厳しい環境にも適しています。
分子構造をつくる炭素・フッ素結合により、Teflonはフッ化水素酸を含む強力な化学物質に対しても耐性を持っています。また、Teflonは、非常に高い融点（327℃）と低温（-79℃まで）での柔軟性を合わせ持った非常に高い誘電強度を発揮します。
Teflonにはさまざまな形状や色があります。シート、チューブ、ロッド形状が豊富に揃っています。最も一般的な色は白と黒です。通常、Teflonは化学的に純粋であるため、可塑剤または充填剤が加えられていません。
Teflon®とDLMP®技術
融点温度が高い、架橋結合がないといった材料特性によって、Teflonは、レーザーエネルギーを利用して材料の形状または外観を変化させるデジタルレーザー加工（DLMP）技術に対応できます。Teflonとレーザーエネルギーの相互作用によって生じる効果は、材料のアブレーションと材料改質です。Teflonの場合、レーザー切断、レーザー彫刻、およびレーザーマーキング加工が可能です。レーザーエネルギーにより材料を除去することで、材料の切断、彫刻、またはマーキングを行ったり、表面特性を変化させて目に見えるマークを作り出したりすることもできます。
詳細については、当社のレーザー加工に関するホワイトペーパーをご覧ください。
材料のアブレーション
Teflonは、CO2レーザーエネルギー（波長=10.6μm）をよく吸収します。Teflonがレーザーエネルギーを吸収すると、光エネルギーを分子振動（熱）にすばやく変換します。十分な熱があれば、ベースユニットを著しく劣化させることなく、繰り返し単位間の結合がきれいに壊される「開裂」がTeflonに起こります。レーザー光路にある材料は蒸気と微細なTeflon粉体になり、きれいに除去されます。
この理由から、TeflonのレーザーアブレーションにはCO2レーザーが使用されるのが一般的です。レーザーの当たる所または光路のすぐ外側にある材料は一部の熱を伝導しますが、完全かつ徹底したアブレーションを行うには不十分です。熱の影響を受けるこの領域は、しばしば熱影響域（HAZ）と呼ばれます。Teflonの場合、融点が高いので実質的にHAZは生成されません。つまり、隣接する表面は、溶融または沸騰することなく伝導熱に耐えることを意味します。熱影響は、材料の厚さに対して最適な出力を選択することで、熱影響を最小限に抑えることができます。
材料特性の改質
すでに述べたように、Teflonは、10.6μmのレーザーエネルギーを容易に吸収し、きれいにアブレーションを行います。しかし、CO2レーザーは、コントラスト生成においてはあまり効果的ではありません。1.06μmで動作するファイバーレーザーも、純粋な白色Teflon上でのコントラスト生成ではあまり効果的ではありません。実際、Teflonはこの波長では光拡散器として使用されています。しかしながら、黒色Teflonではコントラストを生成する方法があります。黒色のTeflonを生成するために使用されるカーボンブラック顔料は、ファイバーレーザーのエネルギーを非常によく吸収します。このエネルギーは熱に変換され、ポリマーマトリックスによって伝導されます。適切にコントロールすると、ポリマーは沸騰し始め、より表面積が大きくなります。大きくなった表面が屈折し、黒色Teflon上に高いコントラストのオフホワイトマークが形成されます。漂白またはフォーミングとも呼ばれるこのプロセスは、残留物や粉体を残さず、さらにマークキングされたエリアはTeflonの特性を保持します。
レーザーマーキング（表面）
黒色Teflonにファイバーレーザーでマーキングすることで、番号、テキスト、バーコード、写真などの情報を伝達できます。マーキングは恒久的で、ほどよいコントラストが得られるため、印字方法に代わる魅力的な方法となります。例では、黒色Teflonの表面にマーキングされたシリアル番号を示しています。
複合加工
複数の加工をTeflonに適用することができます。材料を動かしたり再固定したりする必要はありません。画像の例は、複数の加工を組み合わせた例（シートストックからTeflonをカットし、材料にひし形を彫刻し、シリアル番号を表面にマーキングする）を示しています。彫刻とマーキングは常に、複合加工での切断前に行います。
環境、衛生、および安全に関する考慮事項
レーザーと材料間の相互作用では、ほぼ常にガス状流出物や粒子が生成されます。レーザーアブレーション加工を使用する場合のTeflonの主な分解メカニズムは開裂です。これは、材料からより小さなTeflon粒子がアブレーションされ、微細な白色粉末に沈着します。フッ化カルボニル、フルオロホルム、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロプロピレンなどの気相流出物も存在します。これらのガスや粒子は、政府の規制に従って外部環境に排出する必要があります。あるいは、流出物を最初にろ過システムで処理してから外部環境に排出することもできます。一部の材料は、レーザー加工中に可燃性の副産物を生成する傾向があります。そのため、レーザー加工を常に監視する必要があります。
