레이저 기술 완벽 가이드: 절단과 인그레이빙의 원리와 응용

레이저 커팅은 비교적 새로운 판금 형상 절단 방식입니다. 전통적인 '공구' 없이 절단하므로 매우 작고 정밀한 절단이 가능합니다. 이 공정은 낮은 출력 레이저 설정으로 부품 인그레이빙이나 에칭도 가능합니다. 1970년대 산업용으로 개발된 LASER(Light Amplification Stimulated by Emitted Radiation)는 1990년대 말에 정밀 제조 공장의 표준이 되었습니다.

레이저 커팅 머신 작동 원리

레이저를 열원으로 하고 차폐 가스(일반적으로 질소)를 사용하여, 레이저 머신은 말 그대로 1-1/4인치 두께의 강철까지 태우거나 녹여 관통합니다. 레이저 커팅은 평평한 시트 소재의 단순 형상 절단 또는 3차원 구성으로 사전 성형된 부품 절단에 사용될 수 있습니다.

레이저가 열원이므로 이 공정은 열에 민감한 용도나 레이저 절단 시 유해 가스가 발생할 수 있는 제품에는 최적이 아닐 수 있습니다. 또한 레이저가 광원이므로 구리, 황동 같은 고반사 소재는 일반적으로 이 공정으로 가공하기 바람직하지 않습니다(특히 CO₂). 알루미늄도 반사율과 우리가 절단에 사용하는 열을 흡수하는 뛰어난 특성으로 인해 절단 용량이 제한됩니다. 따라서 레이저의 알루미늄 절단 용량은 일반적으로 연강 절단 능력의 약 1/3, 스테인리스강의 약 1/2 수준으로 제한됩니다.

레이저 머신은 오늘날 4' x 4'부터 20' 폭 x 60' 길이(또는 그 이상)의 레일 갠트리 머신까지 다양한 테이블 크기로 제공됩니다. 오늘날 공장에서 가장 흔한 테이블 크기는 4' x 8', 5' x 10', 6' x 12'이며 독립형 시스템으로 또는 완전 자동화 생산 셀의 일부로 제공됩니다. 레이저는 다양한 와트 수(킬로와트/KW)의 파워 시리즈로도 제공됩니다. 절단 용량과 속도는 일반적으로 더 높은 와트 수 사용으로 증가합니다. 하지만 더 높은 와트 수는 기계 투자 비용과 시간당 운영 비용도 증가시킵니다. 오늘날 기계는 1,500와트(1.5kW)부터 12,000와트(12.0kW)까지 파워 레인지로 제공됩니다.

레이저 머신은 하이브리드(Hybrid) 또는 플라잉 옵틱스(Flying Optics)라 불리는 두 가지 기본 기계 설계 유형으로 제공됩니다:

1. 하이브리드(Hybrid) — 레이저 머신이 소재나 테이블을 한 방향으로 움직이고 레이저 포커싱 렌즈를 다른 방향으로 움직일 때 '하이브리드'라 부릅니다. 이 설계는 빔 경로 전달 시스템의 움직이는 부품을 적게 사용 — 일반적으로 유지보수가 적게 들면서 더 많고(더 일관된) 절단 파워를 레이저 커팅 헤드에 제공합니다. 거울과 포커싱 렌즈가 적게 필요하기 때문입니다.
2. 플라잉 옵틱스(Flying Optics) — '플라잉 옵틱스'는 레이저 베드의 소재를 움직이지 않는 기계를 설명합니다. 대신 레이저 자체가 소재 위를 말 그대로 '날아다닙니다'. 이 설계는 약간 더 복잡한 설계임에도 최고 속도의 급속 이송, 가속, 가능한 절단 속도를 제공합니다.

레이저 종류

오늘날 시장의 금속 절단 기계에 사용되는 두 가지 주요 레이저 유형:

CO₂

CO₂ 레이저 파워 소스(레조네이터)는 빛을 개별 거울에 반사시키고 무선 주파수파나 다른 방법으로 빛 입자(이온)를 여기시켜 이온들이 충돌하고 분열되게 하여 증폭시킵니다. 레조네이터는 밀봉되고 가압되어 가스들이 터보를 통해 극고속으로 레조네이터 전체를 통과합니다. 레이저는 레조네이터의 작은 구멍을 빠져나가 정교하게 조율된 클린 가스 퍼지 전달 시스템을 통해 여러 번 포커싱되고 반사되어 커팅 헤드까지 전달됩니다. 일부 최신 시스템은 빔 경로 전달 시스템을 파이버 옵틱 전달 시스템으로 대체했습니다.

다이렉트 다이오드(파이버)

다이렉트 다이오드 레이저는 레이저 다이오드를 사용하여 증폭된 빛을 광섬유 케이블로 직접 출력하여 커팅 헤드에 전달합니다. 이 시스템은 움직이는 부품이 없고 유지보수가 매우 적어 많은 신규 시스템에서 선호되는 옵션입니다.

'파이버 옵틱스'라는 용어는 빔 생성 방식이 아닌 빔 전달 방식만을 의미합니다. 파이버 옵틱 빔 전달은 구형 CO₂ 레이저의 정밀 거울, 렌즈, 가스를 없애는 더 단순하고 저렴한 방법입니다. 파이버 옵틱스는 금속 절단 레이저 시스템의 최신 기술입니다.

• 가공 소재: 강철, 알루미늄, 스테인리스강, 시트 플라스틱, 목재
• 주요 레이저 제조사: Amada, Cincinnati, Mazak, Mitsubishi, Trumpf, Bystronic, HK Laser, Polaris

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