정밀 산업 절단을 위한 3대 레이저 유형

레이저 절단은 1960년대부터 존재해 왔지만, 산업 공정 내에서의 사용이 증가함에 따라 지금 그 어느 때보다 관련성이 높습니다. 이 비접촉 공정은 연속적인 빛 빔을 사용하여 열과 압력을 생성하고, 절단 헤드가 재료 표면을 이동하면서 정밀하게 다양한 재료를 재형성/왜곡시킵니다. 레이저 기술은 레이저 강도, 레이저 빔을 생성하는 기본 구성 재료, 작용하는 재료에 따라 절단, 드릴링, 조각 등 다양한 기능을 수행합니다. 레이저 절단은 판금 부품을 만드는 주요 공정 중 하나입니다.

각 레이저는 연속적인 파장을 제공하며 다양한 목적을 수행할 수 있습니다. 레이저는 3가지 유형이 있습니다: CO2(가스 레이저), 파이버 레이저, Nd:YAG 또는 Nd:YVO(바나데이트 결정 레이저). 각각 다른 기본 재료를 사용하여 가스 혼합물로 전기적으로 자극하거나 물리적 다이오드를 통과시켜 레이저를 자극합니다.

절단용 레이저 유형

CO2 레이저

CO2 레이저는 가스 혼합물로 채워진 튜브에 전기를 통과시켜 빛 빔을 생성합니다. 튜브 양끝에는 거울이 있습니다. 한 거울은 완전 반사이고 다른 하나는 부분 반사로 일부 빛을 통과시킵니다. 가스 혼합물은 보통 이산화탄소, 질소, 수소, 헬륨입니다. CO2 레이저는 빛 스펙트럼의 원적외선 영역인 비가시광선을 생성합니다.

산업용 기계의 최고 출력 CO2 레이저는 수 킬로와트까지 도달하지만, 이는 예외적인 경우입니다. 일반적인 가공용 CO2 레이저는 25~100와트 출력이며 파장은 10.6마이크로미터입니다.

이 유형의 레이저는 목재나 종이(및 그 파생물), 폴리메틸메타크릴레이트 및 기타 아크릴 플라스틱 작업에 가장 일반적으로 사용됩니다. 가죽, 직물, 벽지 및 유사 제품 작업에도 유용합니다. 치즈, 밤, 다양한 식물 등 식품 가공에도 적용되었습니다.

CO2 레이저는 일반적으로 비금속 재료에 가장 적합하지만, 특정 금속도 가공할 수 있습니다. 일반적으로 얇은 알루미늄 시트와 기타 비철 금속을 절단할 수 있습니다. 산소 함량을 높여 CO2 빔의 출력을 강화할 수 있지만, 이는 경험이 없는 손이나 그러한 강화에 부적합한 기계에서는 위험할 수 있습니다.

파이버 레이저

이 종류의 장비는 고체 레이저 그룹에 속하며 시드 레이저를 사용합니다. 펌프 다이오드에서 에너지를 얻는 특수 설계된 유리 섬유를 사용하여 빔을 증폭합니다. 일반적인 파장은 1.064마이크로미터로, 극도로 작은 초점 직경을 생성합니다. 또한 일반적으로 다양한 레이저 절단 장치 중 가장 비쌉니다.

파이버 레이저는 일반적으로 유지보수가 필요 없으며 최소 25,000 레이저 시간의 긴 수명을 자랑합니다. 따라서 파이버 레이저는 다른 두 유형보다 훨씬 긴 수명 주기를 가지며 강하고 안정적인 빔을 생성할 수 있습니다. 동일한 평균 출력으로 CO2 레이저보다 100배 높은 강도를 관리할 수 있습니다. 파이버 레이저는 연속 빔, 준연속, 펄스 설정이 가능하여 다양한 기능을 제공합니다. 파이버 레이저 시스템의 하위 유형 중 하나는 MOPA로, 펄스 지속 시간을 조절할 수 있습니다. 이는 MOPA 레이저를 가장 유연한 레이저 중 하나로 만들어 여러 응용 분야에 사용할 수 있게 합니다.

파이버 레이저는 어닐링에 의한 금속 마킹, 금속 조각, 열가소성 플라스틱 마킹에 최적화되어 있습니다. 금속, 합금, 비금속 모두 작동하며 유리, 목재, 플라스틱도 포함됩니다. 파이버 레이저는 출력에 따라 매우 다재다능하여 수많은 다양한 재료를 다룰 수 있습니다. 얇은 재료 작업 시 파이버 레이저가 이상적인 솔루션입니다. 그러나 20mm 이상의 재료에는 덜 적합하지만, 6kW 이상 작동하는 더 비싼 파이버 레이저 기계라면 가능할 수 있습니다.

Nd:YAG/Nd:YVO 레이저

결정 레이저 절단 공정은 Nd:YAG(네오디뮴 도핑 이트륨 알루미늄 가넷)일 수 있지만, 더 일반적으로 Nd:YVO(네오디뮴 도핑 이트륨 오르토 바나데이트, YVO4) 결정을 사용하는 경향이 있습니다. 이 장치는 매우 높은 절단 출력을 허용합니다. 이러한 기계의 단점은 초기 가격뿐만 아니라 수명 기대치가 8,000~15,000시간(Nd:YVO4가 일반적으로 더 낮음)이고 펌프 다이오드 가격이 매우 비쌀 수 있다는 점입니다.

이 레이저들은 1.064마이크로미터 파장을 제공하며 의료, 치과, 군사, 제조 등 광범위한 응용 분야에 유용합니다. 두 가지를 비교하면 Nd:YVO는 더 높은 펌프 흡수와 이득, 더 넓은 대역폭, 펌핑을 위한 더 넓은 파장 범위, 더 짧은 상부 상태 수명, 더 높은 굴절률, 더 낮은 열전도율을 보입니다. 연속 작동 시 Nd:YVO는 중전력 또는 고전력 케이스에서 Nd:YAG와 전반적으로 유사한 성능 수준을 보입니다. 그러나 Nd:YVO는 Nd:YAG만큼 높은 펄스 에너지를 허용하지 않으며 레이저 수명이 더 짧습니다.

이들은 코팅 및 비코팅 금속과 플라스틱을 포함한 비금속 모두에 사용할 수 있습니다. 특정 조건 하에서는 일부 세라믹도 가공할 수 있습니다. Nd:YVO4 결정은 높은 NLO 계수 결정(LBO, BBO, KTP)과 결합되어 출력을 근적외선에서 녹색, 파란색, 심지어 UV로 주파수 변환시켜 수많은 다양한 기능을 제공합니다.

유사한 크기 덕분에 이트륨, 가돌리늄, 루테튬 이온을 레이저 활성 희토류 이온으로 대체해도 빔 생성에 필요한 격자 구조에 큰 영향을 주지 않습니다. 이는 도핑된 재료의 높은 열전도성을 보존합니다.