레이저 절단기 작동 원리 완벽 이해: 원리부터 적용까지

레이저란?

레이저는 단일 파장의 고도로 집중된 빛 빔입니다. 각 파장에서 다양한 소재가 빛을 흡수, 반사, 투과하는 정도가 다릅니다.

레이저 빔의 특성과 경로

레이저 빔은 단일 파장(색상)의 매우 높은 강도의 빛 기둥입니다. 일반적인 CO₂ 레이저의 경우 파장이 빛 스펙트럼의 적외선 영역에 있어 육안으로 보이지 않습니다. 빔 직경은 약 3/4인치로, 레이저 공진기(빔 생성)에서 기계의 빔 경로를 따라 이동합니다. 여러 개의 미러(빔 벤더)에 의해 다른 방향으로 반사된 후 최종적으로 플레이트에 초점이 맞춰집니다. 집속된 레이저 빔은 플레이트에 닿기 직전 노즐 보어를 통과합니다. 이 노즐 보어로는 산소나 질소 같은 압축 가스도 함께 흐릅니다.

절단 메커니즘

고출력 밀도로 급속 가열, 용융, 소재의 부분적 또는 완전한 기화 발생. 연강 절단 시 레이저 빔 열로 일반적인 '산소-연료' 연소 공정 개시, 절단 가스로 순수 산소 사용(산소-연료 토치와 동일). 스테인리스강이나 알루미늄 절단 시 레이저 빔이 소재를 녹이고 고압 질소로 용융 금속을 커프 밖으로 불어냅니다.

CNC 레이저 절단기 작동

CNC 레이저 절단기에서 레이저 커팅 헤드는 원하는 부품 형상대로 금속판 위를 이동하며 플레이트에서 부품을 절단해 냅니다. 정전 용량식 높이 제어 시스템이 노즐 끝과 절단 중인 플레이트 사이의 매우 정확한 거리를 유지합니다. 이 거리는 초점이 플레이트 표면에 상대적으로 어디에 위치하는지 결정하므로 중요합니다. 초점을 플레이트 표면 바로 위, 표면, 바로 아래 중 어디에 두느냐에 따라 절단 품질이 달라집니다.

레이저 절단기 작동 방식

레이저 절단기는 레이저 빛 빔을 소재 조각에 초점화해 작동합니다. 레이저 빛 출력이 매우 높아 초점화하면 초점이 맞춰진 작은 영역의 소재 온도를 녹이거나 기화시킬 만큼 높입니다. 종종 보조 가스를 사용해 용융 소재를 절단 구역에서 밀어냅니다. 특히 금속이나 합판 같은 두꺼운 시트 절단 시 중요합니다.

모션 시스템

형상 절단을 위해 갠트리 등으로 레이저 헤드를 이동시켜 빔을 새로운 소재 위에 위치시켜 점 대신 선을 절단합니다. 모션 시스템 유형에는 랙 앤 피니언, 볼스크류, 리니어 모터가 있습니다. 리니어 모터가 가장 비싸지만 가장 빠르고 정확. 랙 앤 피니언은 더 낮은 가격으로 거의 같은 속도와 정밀도 제공. 소형 취미용 레이저는 타이밍 벨트와 스테퍼 모터 사용도 가능. 모든 경우 서보와 인코더 피드백 시스템이 절단 정밀도를 크게 높이며, 진동에서 격리된 견고한 프레임도 중요합니다.

파장 선택의 중요성

레이저 절단 작업 시 절단하려는 소재에서 흡수율이 높은 파장을 선택하는 것이 중요합니다.

소재 상호작용 과정

• 레이저 에너지가 소재 표면에 조사되면 소재가 많은 에너지를 흡수해 급속히 가열, 녹는점을 지나 분해 온도까지 상승
• 분해 온도에서 소재가 분해·붕괴. 이때 연기나 흄 발생
• 절단 가장자리는 더 낮은 수준으로 가열돼 실제로 녹았다가 재형성. 이는 섬유질 소재 등에서 실 풀림 방지용 밀봉 메커니즘으로 활용 가능

추가 고려사항

• 절단 공정에서 발생하는 연기가 레이저 광학계에 그을음으로 쌓이지 않게 레이저를 기울이는 것이 좋음
• 고반사율 표면 절단(또는 용접) 시 레이저 빔이 표면에서 반사돼 다시 레이저 광학계로 들어가지 않게 주의. 광학계 손상 방지