레이저 커팅의 종류와 동작방식

레이저 커팅은 고에너지 집중 레이저 빔을 사용하여 기능 부품을 표시하고 조각합니다. 레이저는 자동차 부품, 의료 기기 및

목공품에 복잡한 디자인, 텍스트 및 그래픽을 만듭니다. 이러한 표시를 통해 부품을 맞춤화하고 쉽게 추적할 수 있습니다.

 

레이저에는 세 가지 유형이 있습니다. Nd: YAG 레이저, 섬유 및 CO2. 그들은 유사한 방식으로 작동하지만 다르고 고유한 응

용 프로그램을 가지고 있습니다.

 

 

 

반응형

 

 

1. 레이저 커팅이란?

레이저 커팅은 정밀하고 제어 가능한 열을 사용하여 재료를 커팅하는 비접촉 공정입니다. 열원은 가능한 가장 매끄러운 마감을 얻기 위해 표면을 기화, 녹이, 태우거나 불어내는 고도로 집중된 레이저 빔입니다. 레이저 가공에는 3가지 기본 유형이 있습니다. 

 

- 원격 커팅: 원격 커팅은 커팅 가스를 사용하지 않고 금속을 부분적으로 절제하는 것입니다. 에너지 입력이 적기 때문에 얇고 민감한 시트로 작업할 때 이 프로세스가 유용합니다.

 

- 화염 커팅: 화염 커팅은 천연 또는 아세틸렌 가스와 함께 산소를 사용하여 점화를 일으키고 강철 표면을 녹이는 반응성 공정입니다. 화염 커팅은 열 영향 영역이 큰 느린 공정입니다.

 

- 융해 커팅: 융해 커팅 과정에서 아르곤 또는 질소는 용융 금속을 표면에서 불어내는 커팅 가스 역할을 합니다. 이러한 불활성 가스를 사용하면 추가 처리가 필요하지 않을 수 있는 표면을 떠나는 대기 산소와의 반응을 방지할 수 있습니다.

 

 

 

 

반응형

 

2. 레이저 커팅 공정

파이버 레이저 커팅기는 마킹 또는 에칭 전에 g 코드와 레이저 빔을 생성하여 작동합니다.

 

다음은 레이저 커팅 단계에 대한 자세한 설명입니다

1) G 코드 생성

레이저 커팅 공정을 수행하기 전에 첫 번째 단계는 g 코드를 생성하는 것입니다. 이 코드는 기계가 이해하는 언어입니다.

커팅 헤드가 어떻게 그리고 어디에서 이동해야 하는지에 대한 지침을 제공하고 재료로 커팅해야 하는 패턴을 나타냅니다. G 코드는 CAM 소프트웨어를 사용하여 작성되고 케이블 또는 인터넷 연결을 통해 전송됩니다.

 

2) 레이저 빔의 생성과 증폭

이 과정은 레이저 커팅기 내부에서 이득 매체, 광학 요소 및 두 개의 반사 거울을 사용하여 발생합니다. 두 거울은 같지 않습니다. 하나는 반사되고 다른 하나는 부분적으로 빛을 반사합니다. 에너지가 이득 매체에 공급되면 존재하는 전자는 더 높은 에너지 수준으로 여기됩니다. 준안정 상태로 이완되면 광자를 방출합니다.

 

이 광자는 다른 전자와 상호 작용하여 동일한 파장의 다른 광자를 방출합니다. 이 캐스케이드 반응은 빛의 증폭으로 이어집니다. 이득 매체가 두 개의 반사 거울 사이에 있을 때. 증폭된 광자는 약간 투명한 거울을 통과하여 레이저 빔을 형성합니다.

 

3) 커팅 공정

커팅 과정에는 커팅하려는 영역에 레이저 빔을 향하게 하는 작업이 포함됩니다. 이 과정은 광선을 작은 직경으로 집중시키는 렌즈를 사용합니다. 레이저 빔이 재료 표면에 닿으면 녹아서 커팅합니다. 동시에 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 가스가 용융된 재료를 불어내어 미세한 커팅을 남깁니다.

금속을 성형하기 전에 레이저 출력, 초점 거리 및 속도를 포함한 레이저 매개변수를 설정해야 합니다.

 

4) 냉각 및 마무리

많은 레이저 커팅에는 과열을 방지하는 냉각 시스템이 내장되어 있습니다. 최종 제품이 있으면 추가 후처리 기술을 사용하여 표면 마감을 개선할 수 있습니다.

 

 

 

 

반응형

 

3. 레이저 커팅의 종류

커팅, 에칭 및 조각에 사용되는 레이저 커팅기에는 세 가지 주요 유형이 있습니다. 

 

1) CO2 레이저

CO2 레이저는 헬륨, 수소 및 질소와 함께 이산화탄소를 이득 매체로 사용합니다. 이러한 추가 가스는 특정 기능을 제공하고 레이저 커팅 시스템의 전반적인 성능을 향상시킵니다. CO2 레이저는 출력이 높으며 파장이 10.6마이크로미터인 적외선을 생성합니다

 

CO2 레이저를 사용하여 특정 금속을 가공할 수 있지만 일반적으로 비금속 재료가 가장 적합한 후보입니다. 목재, 종이, 가죽, 직물 및 플라스틱과 같은 재료는 이 파장에서 빛을 완벽하게 흡수합니다. 이 레이저 유형은 반응성이 높거나 열 흡수율이 높은 재료에는 적합하지 않습니다.

 

 

 

 

2) 파이버 레이저

파이버 레이저의 이득 매체는 이테르븀, 네오디뮴 및 에르븀과 같은 희토류 원소로 도핑된 섬유입니다. 에너지가 가해지면 도펀트 이온이 에너지를 흡수하여 광자를 방출합니다. 레이저 빔의 파장은 다양하며 사용하는 도펀트에 따라 다릅니다. 일반적으로 파장이 짧을수록 흡수율이 높아집니다.

 

파이버 레이저는 구리, 청동, 금 및 은과 같은 반사 재료에 이상적입니다. 그들은 에너지 효율적이고, 더 좁은 빔을 생성하며, 다른 유형보다 적은 전력을 사용합니다.

 

 

 

 

반응형

 

3) Nd; YAG/Nd: YVO 레이저

네오디뮴 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛은 이 고체 레이저의 이득 매체입니다. 외부 에너지의 적용은 약 1.064마이크로미터의 파장에서 레이저 빔을 방출하는 네오디뮴 이온의 여기(excitation)를 유발합니다.

 

YAG 레이저는 효율이 우수하고 열 영향 영역이 작습니다. 움직일 수 있는 구성 요소는 더 적고 최소한의 유지 보수가 필요합니다. 또한 금속, 플라스틱 및 세라믹을 포함한 많은 재료를 높은 수준의 정확도와 정밀도로 커팅합니다.

 

 

 

매개 변수	이산화탄소(CO2)	Nd: YAG 레이저	섬유질
일리	가스 레이저	고체 레이저	고체 레이저
파장	10.6μm(적외선)	1064nm(대부분)	약 1064nm
재료	금속, 세라믹, 플라스틱, 목재, 아크릴 등	금속, 세라믹, 플라스틱, 반도체 등	금속, 플라스틱, 세라믹, 복합 재료 등
냉각	물 또는 가스	물	공기 또는 물
능률	보통	보통	높다
빔 품질	보통	보통	훌륭한
출력 전력	높다	보통에서 높음	높다
유지보수	보통	보퉁	낮다
응용	커팅, 조각, 마킹, 용접	용접, 커팅, 조각, 마킹	커팅, 용접, 조각, 마킹

 

 

반응형

 

4. 커팅 재료

레이저 커팅의 가장 중요한 이점 중 하나는 거의 모든 재료를 커팅할 수 있다는 것입니다. 여기에는 금속, 플라스틱, 목재 및 가죽이 포함됩니다.

 

• 금속

레이저 가공을 위한 일반적인 유형의 금속은 탄소강, 스테인리스강, 티타늄, 구리, 알루미늄 및 황동입니다.

 

1) 탄소강

탄소강에는 다양한 범주가 있습니다. 0.12%에서 2%에 이르는 다양한 양의 탄소 함량을 가지고 있습니다. 탄소 함량이 높을수록 녹는점이 낮아지고 레이저 커팅이 더 쉬워집니다. 탄소강에 가장 일반적으로 사용되는 레이저 유형은 섬유 유형입니다. 사용하는 초점 거리와 속도는 탄소강 재료의 두께에 따라 다릅니다.

 

2) 스테인리스

다양한 레이저 매개변수를 사용하여 모든 등급의 스테인리스강에서 작업할 수 있습니다. 파이버 또는 CO2 레이저를 사용하여 표시, 에칭 또는 조각할 수 있습니다. 스테인리스강 마킹 작업은 어닐링 또는 절제가 될 수 있습니다.

이러한 기술은 추가 처리가 필요하지 않을 수 있는 깨끗한 표시를 만듭니다. 그러나 레이저 조각은 경미한 변색을 유발할 수 있습니다. 스테인리스 스틸은 우수한 마감재를 요구하는 실외 용도에 널리 적용됩니다.

 

3) 타이타늄

티타늄은 녹는점이 높고 강합니다. 도전적이지만 올바른 설정으로 커팅할 수 있습니다. 최상의 결과를 얻으려면 CO2 레이저를 산소 또는 질소와 함께 사용하십시오. 레이저 커팅 티타늄은 뛰어난 강도와 가벼운 특성으로 인해 널리 사용됩니다.

 

4) 구리

구리는 열 및 전기 전도성이 우수하여 레이저 커팅에 적합한 후보입니다. 파이버 레이저는 구리 변색 문제를 줄이기 때문에 이상적인 유형입니다. 그러나 여전히 CO2 레이저를 사용할 수 있습니다. 구리 재료에 CO2 레이저를 사용할 때 커팅하기 전에 에너지를 초과할 수 있는 금속을 공작물에 분사하는 것이 중요합니다.

 

5) 알루미늄 

레이저 커팅 알루미늄은 제조 산업에서 널리 사용되는 공정입니다. 알루미늄은 반사율이 높아 더 빨리 커팅하기 쉽기 때문입니다. 거의 모든 레이저를 사용할 수 있습니다. 그러나 가장 적합한 것은 CO2와 섬유입니다. 사용하는 방법은 공작물의 두께와 원하는 결과에 따라 다릅니다.

 

6) 황동

황동은 아연과 구리의 합금입니다. 구리는 부드러워 레이저를 사용하여 황동을 쉽게 커팅할 수 있습니다. CO2와 섬유는 레이저 황동 커팅에 가장 일반적입니다. 그러나 파이버 레이저는 더 짧은 파장에서 황동을 쉽게 녹이기 때문에 선호됩니다. 황동은 반사율이 높고 레이저 에너지를 거의 흡수하지 않습니다. 황동을 잘 자르려면 느린 속도를 사용하고 가능한 한 빨리 녹이십시오

 

.

• 플라스틱

플라스틱은 레이저로 커팅할 수 있는 또 다른 범주의 재료입니다. 대부분의 플라스틱이 해당 파장에서 에너지를 흡수하기 때문에 가장 적합한 것은 CO2 레이저입니다. 파이버 레이저도 작동합니다. 그러나 주로 조각에 사용됩니다. 레이저 커팅에 가장 일반적으로 사용되는 플라스틱은 아크릴, 스티렌, 루사이트 및 폴리옥시메틸렌입니다.

 

 

• 나무

레이저는 나무를 매끄럽게 표시, 커팅 및 조각할 수 있습니다. CO2, 파이버 및 다이오드 레이저는 경질목과 연목 모두에서 완벽하게 작동합니다. 다이오드 레이저는 다양한 색상 옵션이 있기 때문에 사진이나 예술 작품에 선호됩니다. CO2 레이저는 더 강력하고 폐기물을 생성하지 않습니다.

 

 

• 가죽 

레이저는 또한 두꺼운 가죽 부분과 얇은 가죽 부분을 모두 커팅할 수 있습니다. 저널과 신발과 같은 두꺼운 재료의 경우 두 번의 패스를 사용하면 더 미세한 조각을 만들 수 있습니다. 사용되는 레이저의 종류와 결과는 가죽 유형에 따라 다릅니다. 또한 모든 유형의 가죽을 레이저로 커팅할 수 없습니다. 일부는 가연성이며 유독 가스를 생성합니다.

 

 

반응형

 

 

5. 레이저 커팅의 장단점

금속 기술에 파이버 레이저 커팅기를 사용하면 몇 가지 이점이 있습니다. 다음은 몇 가지 장점입니다

 

• 정확성과 정밀도

레이저 커팅은 높은 정확도와 정밀도로 제공됩니다. 자동화되어 있으며 까다롭거나 섬세한 재료에서도 반복 가능한 복잡한 설계를 생성할 수 있습니다. 최대 +/- 0.1mm의 높은 허용 오차로 제공됩니다. 레이저 커팅 정확도를 향상시키기 위해 올바른 설정을 사용하고 미러를 적절하게 정렬하는 것이 중요합니다.

 

• 고속

금속 레이저 커팅은 비접촉 공정으로 매우 빠릅니다. 레이저 커팅 속도는 재료의 유형과 두께, 레이저 출력 및 커팅 폭에 따라 다릅니다. 열전도율이 높은 두꺼운 재료를 커팅하는 것이 더 느립니다.

 

• 다재

레이저 가공은 다재다능한 공정입니다. 다양한 산업 분야의 다양한 요구를 충족시키기 위해 다양한 유형을 사용할 수 있습니다. 또한 많은 엔지니어링 등급 재료와 호환됩니다. 이것은 제조 산업에서 광범위한 사용을 더욱 강화합니다.

 

• 환경 친화적 인

금속 레이저 커팅은 부품을 표시하기 위해 유해한 화학 물질을 사용하지 않습니다. 제대로 관리하면 친환경적입니다. 또한 커팅 과정에서 발생하는 먼지와 연기를 포집할 수 있습니다. 결과적으로 작업자와 다른 직원은 안전하고 위험으로부터 자유롭습니다.

 

• 낮은 유지 보수 비용

레이저 커팅 시스템을 유지하는 데 드는 비용은 상대적으로 저렴합니다. 유지 보수에는 베드 청소, 기계 베이스에서 이물질 제거, 때때로 느슨한 볼트와 너트를 조이는 작업이 포함됩니다. 기계는 작업 사이에 쉽게 고장나지 않습니다.

 

 

레이저 커팅의 몇 가지 이점에도 불구하고 알아야 할 몇 가지 단점도 있습니다. 

 

• 초기 비용

레이저 커팅기를 구입하고 설치하는 데 드는 비용이 높습니다. 비용은 플라즈마 커팅기보다 거의 두 배 비쌉니다. 이 가격은 사용하려는 레이저 커팅기 유형에 따라 다릅니다. 그러나 기계의 ROI는 높습니다. 짧은 시간에 초기 투자보다 더 많은 것을 벌 수 있습니다.

 

• 금속 두께의 한계

금속 레이저 커팅에는 두께 제한이 있습니다. 사용하는 유형에 따라 작동하는 다양한 두께 수준이 있습니다. 평균 두께는 일반적으로 15-20mm입니다. 이 이상을 위해서는 매우 숙련 된 운영자의 서비스가 필요합니다.

 

• 기술적 노하우 필요

산업용 레이저 커팅 시스템을 작동하려면 다양한 기술이 필요합니다. 기계 기술자는 프로그래밍 하에 기계를 작동하고 결과를 해석할 수 있어야 합니다. 이러한 기술을 습득하는 것은 비용이 많이 들 수 있으며 레이저 커팅 시스템의 전체 비용을 더욱 증가시킬 수 있습니다.

 

 

반응형

 

6. 레이저 커팅기 응용 분야

의료용 임플란트에서 맞춤형 보석에 이르기까지 많은 제조 산업에서 레이저의 이점을 크게 누리고 있습니다. 부품의 기능과 외관을 개선하기 위해 다양한 방식으로 레이저 커팅기를 사용합니다.

 

• 자동차 마킹

자동차 부품 제조업체는 레이저 마킹을 광범위하게 사용합니다. 이 기술은 자동차 제조의 모든 단계에서 중요합니다. 가장 일반적으로 사용되는 유형은 CO2 레이저와 파이버 레이저입니다. 이 제품은 엔진 부품, 차체 패널 및 배기 시스템의 소량 및 대량 생산 모두에 이상적입니다. 또한 쉽게 추적할 수 있도록 맞춤형 자동차 구성 요소를 만듭니다.

 

• 세라믹 제조

세라믹은 단단하며 기존의 마킹 기술을 사용하면 에너지 집약적일 수 있습니다. 따라서 레이저를 사용하여 세라믹 부품을 제조 및 제조합니다. 이 공정은 전통적, 고급 및 엔지니어링 세라믹에 일반적으로 사용됩니다. 그것은 도자기와 석기에 장식적인 특징과 로고를 만듭니다.

 

• 포장 품목

레이저 커팅은 뚜껑, 상자 및 용기와 같은 포장 구성 요소를 표시하고 조각하는 데 사용됩니다. 파이버 레이저와 CO2 레이저 모두 적합한 옵션입니다. 사용하는 것은 예산 및 기타 요인에 따라 다릅니다. 많은 산업 분야에서 포장용 판지 형태의 목재를 사용합니다. 판지는 레이저 커팅에 적합한 후보이며 쉽게 사용자 정의할 수 있습니다.

 

• 보석 산업

금속 레이저 커팅은 보석 제조에 널리 적용됩니다. 이 과정은 재료를 낭비하지 않으므로 보석을 커팅하는 데 사용할 수 있습니다. '커팅'이라기보다는, 독특한 조각과 텍스트를 남기기 위해 증발합니다. 귀걸이, 반지 및 팔찌에 더 복잡한 디자인을 만들 수 있으므로 기존 기술보다 낫습니다.

 

• 의료 기기 마킹

레이저 마킹은 의료 산업에 혁명을 일으켰습니다. 그것은 체액 및 조직과 호환되는 우수하고 멸균 된 커팅을 생성합니다. 이 기술은 심장 판막, 스텐트 및 기능을 위해 정확하게 맞아야 하는 기타 장치의 제조에 사용되었습니다. 작은 열 영향 영역은 변형을 최소화하고 엄격한 허용 오차를 충족하는 부품으로 이어집니다.