레이저 미세 가공 시스템: 현대 제조업을 위한 전문 가이드

레이저 미세 가공의 부상

전 세계 제조 산업이 정밀화, 지능화, 맞춤화 방향으로 발전함에 따라, 레이저는 우수한 단색성, 지향성, 고휘도 등의 특성으로 산업 제조, 생물의학, 군사 등 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다. 레이저 산업의 분업이 성숙해짐에 따라 레이저 미세 가공의 응용 범위도 더욱 확장되고 있습니다. 일상생활에서 레이저 미세 가공 사례를 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 전자제품 마킹, 전기 인클로저 마킹, 식품·의약품 제조일자 마킹, 소비자 전자제품 미세 가공, 휴대폰 금속 케이스 절단 및 용접 등에서 활용됩니다. 또한 PCB/FPCB 기판 절단 및 분할, 세라믹 펀칭 및 스크라이빙, 유리, 사파이어, 웨이퍼 절단 및 미세 펀칭에도 적용됩니다.

레이저 미세 가공의 6대 주요 공정

레이저 미세 가공은 레이저 기술의 산업적 응용입니다. 일정 출력의 레이저를 피가공물에 집중 조사해 레이저와 물질의 상호작용으로 가공 소재를 가열, 용해 또는 기화시켜 가공 목적을 달성합니다. 레이저 빔 가공(LBM)의 일종입니다. 현재 레이저 제조 산업에서 레이저 미세 가공 응용은 주로 레이저 절단, 레이저 마킹, 레이저 용접, 레이저 조각, 레이저 표면 처리, 레이저 3D 프린팅으로 나뉩니다.

레이저 절단

원리: 고출력 밀도의 초점 레이저 빔을 공작물에 조사해 조사된 소재를 빠르게 용해, 기화, 절제 또는 발화점에 도달시킵니다. 동시에 빔과 동축인 고속 기류로 용융 물질을 날려버려 공작물을 절단합니다.

특징: 절단 속도가 빠르고 표면이 매끄럽고 아름다우며, 원패스 가공으로 공작물 변형이 적습니다. 공구 마모가 없고 세정 오염이 적으며, 금속, 비금속, 비금속 복합 소재, 가죽, 목재, 섬유 등 다양한 소재 가공이 가능합니다. 자동차 차체 판재, 자동차 부품, 리튬 배터리, 심박조율기, 밀봉 릴레이 등 용접 오염과 변형이 허용되지 않는 밀봉 장치의 미세 절단에 적합합니다.

레이저 마킹

원리: 고에너지 밀도 레이저로 공작물 국부를 조사해 표면 소재를 기화시키거나 화학적 색변 반응을 일으켜 영구적인 마크를 남깁니다.

특징: 비접촉 가공으로 임의의 특수 형상 표면에도 마킹 가능합니다. 공작물 변형과 내부 응력이 발생하지 않으며, 가공 정밀도가 높고 속도가 빠르며, 깨끗하고 친환경적이며 비용이 낮습니다. 금속, 플라스틱, 유리, 세라믹, 목재, 가죽 등 다양한 소재에 적용 가능합니다.

레이저 용접

원리: 고에너지 밀도 레이저 빔 복사로 공작물 표면을 가열하고, 표면 열이 열전도를 통해 내부로 확산되게 합니다. 레이저 펄스의 폭, 에너지, 피크 파워, 반복 주파수를 제어해 공작물을 용융시켜 특정 용융 풀을 형성합니다.

특징: 용접성이 우수하고 자기장의 영향을 받지 않으며, 공간 제약이 적고 전극 오염이 없습니다. 자동 고속 용접에 적합하며, 서로 다른 특성의 금속 용접이 가능하고 밀폐 공간에서도 작업할 수 있습니다. 원형 톱날, 아크릴, 스프링 가스켓, 전자 부품용 동판, 일부 금속 메쉬판, 철판, 강판, 인청동, 베이클라이트, 1mm 이하 박형 알루미늄 합금, 석영 유리, 실리콘 고무, 알루미나 세라믹 시트, 항공우주 산업용 티타늄 합금 등에 적용됩니다.

레이저 조각

원리: 레이저가 소재 표면을 조사하면, 소재가 에너지를 흡수해 순간적으로 용해 또는 기화하며 스크라이브 라인을 형성합니다.

특징: 자동 번호 건너뛰기, 열영향 구역이 작고, 선이 미세하며, 세척 및 내마모성, 친환경 절약, 소재 절약이 가능합니다. 목재 제품, 플렉시글라스, 금속판, 유리, 석재, 크리스탈, 종이, 투컬러 보드, 알루미나, 가죽, 레진 등 다양한 소재의 에칭에 사용됩니다.

레이저 표면 처리

원리: 레이저로 금속 소재 표면을 가열해 표면 열처리를 실현합니다.

특징: 가공 속도가 빠르고 부품 변형이 적으며, 정밀 가공이 가능하고 자동 담금질 처리 효과가 있습니다. 실린더 라이너, 크랭크축, 피스톤 링, 정류자, 기어 등 자동차 부품 열처리에 적합하며, 항공우주, 공작기계 산업 등에서도 광범위하게 적용됩니다.

레이저 3D 프린팅

원리: 파우더 스프레딩 롤러로 공작물 표면에 파우더 층을 펼치고, 레이저 빔이 파우더 층의 윤곽 단면에 따라 파우더 층을 스캔해 파우더를 용융 소결시킴으로써 공작물 결합을 실현합니다.

특징: 가공 기술이 단순하고 가공 가능 소재 범위가 넓으며, 가공 정밀도가 높고 서포트 구조가 필요 없습니다. 소재 활용률이 높고, 컴퓨터 수치 제어 기술 및 유연 제조 기술과 결합해 금형 및 모델 제조에 활용됩니다.

레이저 미세 가공 응용의 발전

현재 파이버 레이저의 시장 점유율이 고체 레이저보다 높습니다. 주된 이유는 파이버 레이저가 주로 고출력 매크로 가공에 사용되며, 시장 수요가 제조업 발전 단계와 일치하기 때문입니다. 고체 레이저는 주로 레이저 미세 가공에 사용되는데, 레이저 미세 가공 시장이 급속한 발전 단계에 있으나 현재 시장 규모는 매크로 가공 시장보다 작습니다. 그러나 웨어러블 기기, 반도체 칩, 의료, 신에너지 등 고정밀 제조 분야는 여전히 레이저 미세 가공에 의존하고 있습니다.

다양한 유형의 레이저 기계가 각기 다른 산업 응용에 초점을 맞추고 하류 응용 분야의 시장 수요가 상당히 다르지만, 전 세계 산업용 레이저 기계 시장이 지속적으로 성장함에 따라 향후 산업 및 소비자 부문에서 레이저 미세 가공의 응용은 계속 증가할 것입니다.