오늘날 금속 제조에는 다양한 형상 절단 공정이 있습니다. 레이저 절단, 터렛 펀치, 워터젯, 플라즈마, 산소-연료 시스템 모두 현대 작업장에서 중요한 공정이지만, 어떤 공정이 귀사에 적합할까요? 이전 글 '워터젯 역량: 워터젯의 위치'에서 각 공정 기초를 다뤘지만, 가장 많이 비교되는 두 공정은 레이저와 플라즈마 절단, 특히 하이데피니션 플라즈마 절단입니다. 이 두 공정 중 어느 것이 최선일까요? 귀사의 애플리케이션 그리고 예산에 가장 적합한 것은 무엇일까요?
이 글에서는 각 절단 기계 유형을 설명하고, 신품/중고 기준 예산 구매 가이드라인과 공정 역량(장단점)을 제공해 귀사 니즈에 맞는 시스템 선정을 돕습니다.
먼저 이 두 공정의 공통점을 다루고 차이점을 정의하겠습니다. 플라즈마와 레이저 모두 강렬한 열로 금속을 기화(용융이 아님, 훨씬 더 뜨거움)시키는 열적 절단 공정입니다. 두 공정 모두 질소(N2), 산소(O2), 압축 공장 에어 같은 고압 가스를 사용해 소재 제거와 공정 마무리 에지를 지원합니다(각 공정에 대형 스크류 컴프레서 구비 권장, 상당한 마력 에어 사용). 두 공정 모두 흄 집진 시스템/집진기가 필요합니다(플라즈마의 경우 워터 테이블로 대체 가능). 두 공정 모두 절단 헤드에 노즐 등 소모품을 사용해 올바른 가스 흐름을 유지합니다. 두 시스템 모두 넓은 작업 영역(일반적으로 5피트 x 10피트)을 사용하며, 절단 헤드가 CNC 제어되어 고정 공작물 위를 통과합니다(이 설계 변형도 있으나 오늘날 가장 일반적인 컨셉).
이것이 두 공정의 공통점이며, 다음에서 역량, 운영비, 공정 난이도, 신품/중고 투자 견적 기준으로 차별화하겠습니다.
플라즈마 절단의 기초는 강철, 알루미늄, 스테인리스강 등 전도성 소재를 통해 전류를 흘려 '플라즈마'라 부르는 강력한 전기장을 생성하는 것입니다. 플라즈마장 내부 온도는 20,000°F(약 11,000°C) 이상에 달하며, 이 온도에서 금속은 용융점을 훨씬 넘어 빠르게 기화됩니다. 플라즈마 시스템은 휴대용, 트랙/기계 장착형, 컴퓨터 제어형으로 정확한 형상 절단이 가능합니다. 본 비교는 CNC 또는 기계 장착형 시스템에 초점을 맞추며, 이전 글 '플라즈마 및 산소/연료의 연소 효과'에서 플라즈마 소개를 심층 다뤘습니다.
금속 절단에서 플라즈마 시스템은 효율, 가격, 속도 면에서 따라잡기 어렵습니다. 비교적 매끄러운 절단면, 꽤 좋은 정확도, 일관된 반복성을 제공합니다. 다만 플라즈마 절단 시스템은 최적 결과를 위해 함께 튜닝되어야 하는 3가지 뚜렷한 구성 요소로 이루어져 있음을 명심해야 합니다: 플라즈마 전원, 플라즈마 절단 토치, 모션 제어 시스템(즉, 기계).
플라즈마 전원은 다양한 크기와 유형이 있으며 '암페어리지(Amperage)'로 용량이 정의됩니다. 보통 모델명에 표기됨(예: XPR-300 = 300 AMP). 암페어리지는 전원의 절단 능력을 나타냅니다. 이전 글 '플라즈마 및 산소/연료의 연소 효과'에 따르면 "일반적으로 플라즈마 전원은 암페어리지의 1/2을 강철 기준 전체 절단 용량으로 정격합니다. 예: 100 AMP 전원은 강철 1/2인치 피어싱 및 절단 정격, 기존 홀이나 부품 에지부터 5/8~3/4인치까지 절단 가능. 200 AMP 플라즈마 전원은 강철 1인치 연속 피어싱 및 절단 정격, 시작 홀에서 최대 1-7/8인치 두께까지 사용 가능"
플라즈마 전원은 표준/에어 플라즈마 전원과 하이데프(High Definition) 전원으로도 구분됩니다. 하이데프 전원이 오늘날 8만 달러 이상 기계 장착형 시스템의 주류입니다. 에어 플라즈마 시스템은 주로 휴대용 플라즈마 절단에 사용됩니다.
플라즈마 전원과 결합된 플라즈마 토치 헤드는 정밀하고 정확한 절단을 위한 핵심 부품입니다. 플라즈마 절단 헤드는 여러 구성 요소로 이루어지지만 가장 중요한 것은 소모성 부품: 실드 캡, 리테이닝 캡, 전극, 소용돌이 링, 노즐입니다. 이 소모품과 그 품질이 절단 정확도와 부품 마무리 청결도를 직접 결정합니다. 절단 시간과 피어싱(시작) 횟수 기준으로 수명이 정해집니다.
플라즈마 절단 전원과 토치 헤드는 소재 절단면의 더 높은 정밀도만 제공할 수 있습니다. 이 부품들이 깨끗하고 직선적인 절단을 위해 필수적이지만, 전체 부품 정확도는 순전히 테이블 또는 모션 시스템 설계의 기능일 뿐 어떤 방식으로도 기여하지 않습니다.
레이저 절단 기초를 이해하려면, 앞서 설명했듯 플라즈마와 마찬가지로 강렬한 열원으로 소재를 기화시키지만, 플라즈마가 전류를 이용하는 반면 레이저 시스템은 증폭된 빛으로 이를 달성함을 알아야 합니다. 레이저는 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, 즉 방사선에 의해 자극받아 빛 이온을 분열시키고 증식시켜 더 많은 강도와 열을 생성하는 시스템입니다.
플라즈마 절단 시스템과 마찬가지로 레이저도 3가지 매우 중요하고도 별개의 시스템으로 구성됩니다: 전원/공진기, 절단 헤드, 모션 시스템/테이블.
과거 레이저 설계에서는 CO2 공진기를 통해 수많은 미러, 고속 가압 가스, RF 주파수 발생기를 결합해 빛 이온을 분열/증폭시키고 복잡한 '빔 전달 시스템'으로 빔을 보냈습니다. 오늘날 전원은 대부분 디지털이며, 움직이는 부품이나 소모품이 거의 없고 다양한 파이버 옵틱 케이블로 증폭 빔을 절단 헤드까지 전송합니다. 기존 CO2 기계도 여전히 제작되지만, 파이버 옵틱과 솔리드 스테이트 설계가 더 정교해지고 제작/유지/운영 비용이 훨씬 저렴해지면서 단계적으로 퇴출되고 있습니다.
절단 헤드는 레이저 빔이 가장 강렬한 열의 점으로 초점화되고, 추가 절단 가스가 공급되어 강렬한 열을 차폐하고 기화 공정을 지원하며 기화된 소재를 제거하는 최종 지점입니다. 이 헤드는 단순 수동 초점 헤드로 짧은 소재 범위에서 단순함과 셋업 용이성을 제공하는 것부터, CNC 컨트롤러로 제어되는 오토 포커스 헤드로 더 넓은 범위의 자동화된 소재 변경을 지원하는 것까지 다양합니다. 레이저에서는 헤드를 깨끗하고 시원하게 유지하는 것이 최우선입니다. 레이저가 생성하는 강렬한 열은 먼지 입자 하나에도 쉽게 편향되어 급속한 열 축적과 렌즈 및 내부 헤드 부품의 빠른 손상을 초래합니다.
플라즈마 절단 시스템과 마찬가지로 레이저 기계도 정밀한 모션 시스템이 필요합니다. 이 모션 제어 시스템은 일반적으로 정확할 뿐만 아니라 매우 빨라 3G 이상의 가속도와 분당 4,000인치 이상의 급속 이송 속도를 제공합니다.
아래는 플라즈마와 레이저 절단 시스템을 모두 공급하는 우리 공급사 피라냐 팹(Piranha Fab)이 제공한 훌륭한 차트입니다. 이 차트는 기본부터 고급 시스템까지 투자 비용, 예상 처리량, 투자 비용을 상세히 보여줍니다. 차트가 절대적 규칙은 아니지만, 귀사 공장과 애플리케이션에 플라즈마 또는 레이저 절단 중 올바른 결정을 내리는 데 훌륭한 자료이자 가이드입니다.
서던 패브리케이팅 머시너리 세일즈(Southern Fabricating Machinery Sales Inc.)는 플라즈마와 레이저 절단 시스템을 잘 알고 있으며, 귀사의 니즈에 맞는 올바른 시스템 결정과 구매를 도와드립니다. 첫 시스템이든 열 번째 시스템이든 귀사의 부품, 공정, 애플리케이션, 예산에 최적의 가치를 얻도록 지원합니다. 보유 중인 레이저와 플라즈마 시스템을 확인하거나 813-444-4555로 전화하시거나 www.southernfabsales.com을 방문해 주세요.
산업용 장비
튜브 레이저 절단은 최신 제조 가공 기계 중 하나입니다. 원형, 사각, 직사각, 구조물, 압출, 롤 포밍 형상 등 모든 형상을 튜브 레이저 시스템에서 쉽게 가공할 수 있으며, 이제는 튜브 레이저 없이 이러한 부품을 가공하는 것을 상상하기 어렵습니다. 이 시스템은 매우 다재다능하고 고가이므로, 귀사의 니즈와 예산에 맞는 적합한 기계와 모델을 찾는 데 신중을 기해야 합니다. 다음은 올바른 업체와 모델을 선정할 때 고려해야 할 가장 중요한 요소들입니다. 제조업체가 설계부터 소재 핸들링, 절단, 오프로딩, 벤딩/포밍까지 전체 공정을 지원
오늘날 시장에는 로봇 절단과 기타 소재 제거 시스템이 많이 있습니다. 레이저 절단은 레이저 빔을 광섬유 케이블로 공급하는 공정으로, 귀사의 니즈에 따라 올바른 선택이 될 수 있습니다. 오늘날 많은 로봇처럼 레이저 절단 로봇도 6축을 갖추고 있어 부품 주위를 모두 움직이며 절단이나 소재 제거를 할 수 있어 자유도가 높고, 애플리케이션의 정확성과 정밀도도 향상됩니다. 로봇 레이저 절단 시스템은 레이저 절단 외에도 다른 애플리케이션을 수행할 유연성이 있습니다. 용접과 소재 제거 같은 다른 작업도 운용할 수 있는 다재다능함이 있습니다.
