레이저 빔 가공:부품, 작동 원리, 응용 프로그램 및 제한 사항

이 문서에서는 레이저 빔 가공이란에 대해 알아봅니다. ?, 작동 방식은? 부분 설명 , 작동 원리 다이어그램 포함 . 또한 장점 및 단점 레이저 빔 가공.

소개

레이저 빔 가공이란 무엇입니까?

레이저 빔 가공 레이저가 가공을 위해 공작물을 향하게 하는 비전통적인 가공 공정입니다. 이 프로세스는 열 에너지를 사용하여 금속 또는 비금속 표면에서 금속을 제거합니다.

레이저 전자파이다. 직경이 0.002mm 미만인 매우 작은 지점에 광학적으로 초점을 맞출 수 있는 거의 평행 빔 형태의 단색광을 생성합니다.

'레이저 ' 단어는 Stimulated Emission of Radiation에 의한 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation을 의미합니다.

레이저 빔 가공의 작동 원리

매질의 원자(예:루비 수정 막대)가 바닥 상태에 있다고 가정해 보겠습니다. 광원에서 나온 에너지 양자가 이 매질에 떨어지면 매질의 원자에 의해 방사선이 흡수됩니다.

이것은 매질 원자의 전자가 상위 에너지 준위로 점프하는 결과를 낳습니다.

상위 에너지 준위의 원자는 들뜬 상태에 있다고 합니다. 여기 상태의 원자는 즉시 준안정(중간) 상태로 자발적으로 떨어지기 시작합니다.

준안정 상태에서 원자는 원래 에너지 준위로 떨어지기 전에 무작위로 광자를 방출합니다. 이 광자의 복사는 매우 빠른 자발적 방출로 알려져 있습니다.

그러나 적절한 주파수의 빛이 있는 경우 원자가 방출하기 시작할 때 상위 에너지 준위에서 유도 방출이 일어나고 더 많은 방출을 일으키면서 연쇄 반응이 일어나 전체 눈사태가 함께 무너질 것입니다. 이를 레이징 액션이라고 합니다.

더 읽어보기:연마제 제트 가공:부품, 작업, 장점 등

레이저 회로의 부품

다음은 레이저 빔 가공의 주요 부분입니다.

거울 한 쌍
에너지 공급원
광 증폭기.

이 증폭기 레이저라고 합니다. . 이러한 기본 부품에 제어 시스템과 냉각 시스템을 추가해야 합니다. 레이저 장치의 가장 중요한 부분은 레이저 수정입니다. . 일반적으로 사용되는 레이저 결정은 0.05% 크롬이 도입된 산화알루미늄으로 구성된 인공 루비입니다.

수정 막대는 일반적으로 둥글고 끝 표면은 거울에 의해 반사됩니다. 레이저 재료에는 펌프라는 에너지원이 필요합니다. . 이것은 크세논, 아르곤 또는 크립톤 가스로 채워진 플래시 램프일 수 있습니다. 램프는 가능한 한 많은 에너지가 레이저 재료에 흡수될 수 있도록 플래시 램프의 빛을 막대로 보내는 고반사 실린더 내부의 증폭기 또는 수정 막대 가까이에 배치됩니다.

따라서 루비의 크롬 원자는 높은 에너지 준위로 여기됩니다. 여기된 원자는 정상 상태로 돌아간 후 에너지(광자)를 방출합니다. 이러한 방식으로 짧은 펄스에서 매우 높은 에너지를 얻을 수 있습니다. 루비 로드는 고온에서 효율이 떨어지므로 물, 공기 또는 액체 질소로 지속적으로 냉각합니다.

레이저 빔 가공 작업

작동 중 절단할 공작물은 알루미늄 작업대(레이저 빔에 의해 절단되지 않음)에 놓입니다.

레이저 헤드는 공작물 위로 이동하고 작업자는 제어 패널을 수동으로 조정하면서 절단부를 육안으로 검사합니다.

실제 프로파일은 마스터 도면 또는 실제 프로파일을 복사하도록 만들어진 링크된 메커니즘에서 가져오고 근처 벤치에 배치됩니다.

짧은 펄스의 레이저는 빔 단면의 거의 10kw 'cm의 출력을 가집니다.

1/100 평방 mm 크기의 지점에 레이저 빔을 집중시키면 100,000kW/cm의 출력 밀도와 몇 joule의 에너지가 1초의 1분의 1초 동안 지속되는 짧은 플래시로 빔을 집중시킬 수 있습니다.

예를 들어 짧은 펄스를 가공하려면 100줄 에너지가 필요합니다.

따라서 레이저는 알려진 재료를 녹이고 기화하기에 충분한 열을 제공할 수 있습니다.

레이저 빔이 작업 중인 표면에서 재료를 제거하는 메커니즘에는 용융 및 증발 공정이 혼합되어 있습니다.

그러나 일부 재료의 메커니즘은 순수한 증발입니다.

가공 속도

레이저는 드릴링뿐만 아니라 절단에도 사용할 수 있습니다. LBM의 재료 제거율 상대적으로 낮고 4000mm/hr 정도입니다.

절단은 다음 관계에서 발견됩니다.

어디,

P =표면에 입사하는 레이저 출력, W

E =재료의 기화 에너지, W/mm(mm²)

A =초점에서 레이저 빔의 면적, (mm²)

t1 =재료의 두께, mm

k =재료의 일정한 특성 및 재료로의 레이저 에너지 변환 효율, mm/min.

금속의 부피를 기화점까지 올리는 데 필요한 대략적인 에너지 E는 다음과 같습니다.

어디,

Pg =재료 밀도, kg/m³

Vg =증발되는 부피, m³

Cp =비열, cal/kg K

θm =융점, K

θb =끓는점, K

θ0 =주변 온도, K

Lm =융해 잠열, cal/kg

Lv =기화 잠열, cal/kg

np =프로세스의 효율성

정확도

이 가공 공정의 정확도는 얼마입니까?

레이저는 절단 및 드릴링에 가장 적합합니다.
드릴링에서 최상의 결과를 얻으려면 재료가 초점에서 +0.2mm의 허용 오차 범위 내에 있어야 합니다.
수치 제어 또는 광전 트레이서를 사용한 프로파일 절단 정확도는 약 +0.1mm입니다.

레이저 빔 가공의 적용

레이저 가공 공정은 현재 매우 작은 구멍을 가공하거나 세라믹과 같이 얇고 단단한 재료에서 복잡한 프로파일을 절단하는 것과 같은 예외적인 경우에만 적합한 것으로 밝혀졌습니다.
부분절단이나 조각에도 사용된다.
기타 응용 분야에는 강철 금속 트리밍, 블랭킹 및 저항 트리밍이 있습니다.
LBM은 대량 재료 제거 공정이 아니지만 이 공정을 대량 미세 가공 생산에 사용할 수 있습니다.

레이저 빔 가공의 장점

레이저 빔 가공의 주요 장점은 다음과 같습니다.

공구와 공작물이 직접 접촉합니다.
비금속을 포함한 모든 재료의 가공이 가능합니다.
쉽게 접근할 수 없는 영역의 드릴링 및 절단이 가능합니다.
시준빔으로 인해 열영향부가 작습니다.
매우 작은 구멍을 가공할 수 있습니다.
공구 마모가 없습니다.
고무 및 플라스틱과 같은 부드러운 소재를 가공할 수 있습니다.

레이저 빔 가공의 단점

Al, Cu 및 그 합금과 같이 열전도율이 높거나 반사율이 높은 금속을 절단하는 데 사용할 수 없다는 것이 레이저의 주요 한계 중 하나입니다. 또한 이 프로세스에는 다음과 같은 단점이 있습니다.

전체 효율성이 매우 낮습니다(10~15%).
이 공정은 얇은 시트로 제한됩니다.
재질 제거율이 매우 낮습니다.
가공된 구멍이 둥글고 직선이 아닙니다.
레이저 시스템은 래쉬 램프의 수명이 짧기 때문에 상당히 비효율적입니다.
비용이 높습니다.

결론:

레이저 빔 가공 기존의 최고의 정합 중 하나로 분해 없이 녹을 수 있는 고체 물질은 모두 레이저 빔으로 절단할 수 있습니다. 여기까지입니다. 이 주제에 대한 모든 것을 논의했지만 여전히 의문점이나 질문이 있는 경우 댓글에 질문할 수 있습니다.

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