레이저 커팅기

레이저 커팅기란 무엇입니까?

기계적 블레이드 또는 드릴 비트가 아닌 레이저 초점 빔을 사용하여 금속, 플라스틱, 유전체 등을 절단하는 통합된 기계입니다. 일반 기계는 레이저, 빔 전달 광학 장치, 부품 및/또는 광학 장치를 이동하는 모션 하드웨어, 선택적 비전 시스템 및 통합 제어 소프트웨어를 결합합니다.

간단히 말해서 레이저 커팅기는 초점이 맞춰지거나 모양이 있는 레이저 빔을 사용하여 재료를 선택적으로 제거(절제)하는 정밀한 도구 역할을 합니다. 절제 공정은 레이저 파라미터 및 절단되는 재료의 유형에 따라 광열 또는 (냉온) 광절제가 될 수 있습니다. 이 절제술은 스루컷, 드릴 구멍을 전달하거나 스크립팅(즉, 특정 깊이 또는 재료 인터페이스로 절단)하는 데 사용할 수 있습니다. 재료의 두께는 얇은 플라스틱 필름부터 수 mm 두께의 금속까지 다양할 수 있습니다. 

일부 기계는 고정된 공작물을 통해 레이저 빔을 스캔합니다. 일부는 고정 레이저 빔을 기준으로 공작물을 이동합니다. 그리고 어떤 기계들은 두 가지를 모두 사용합니다. 중요한 것은 기계의 모든 다른 부분과 작동이 소프트웨어에 완벽하게 통합되어 있으며 일반적으로 사용자 친화적인 GUI를 통해 제어된다는 점입니다. 최신 기계는 IoT 및 Industry 4.0과 호환됩니다. 일부 사용자는 기계 제조업체가 특정 대상 작업을 위한 "레시피"가 로드된 소프트웨어/하드웨어를 공급하는 응용 프로그램 개발과 함께 기계를 패키지로 구입하기도 했습니다. 

이러한 구성 요소 중 일부를 자세히 살펴보겠습니다.

빔, 부품 또는 둘 다 이동

기계식 선반 또는 밀링 머신과 마찬가지로 레이저 커팅기는 가공 중인 기판을 기준으로 초점을 맞춘 빔을 이동하여 절단을 생성합니다. 이를 구현할 수 있는 방법에는 세 가지가 있습니다. (a) 고정 레이저 빔으로 부품을 이동하거나, (b) 고정 부품에 대해 레이저 빔을 이동하거나, (c) 둘 다 이동하는 조합이 있습니다. 마지막의 조합하는 방법이 절단 기하학적 측면에서 가장 유연합니다. 부품을 이동하는 두 가지 일반적인 방법은 선형 운동 단계를 사용하는 xyz 변환 또는 회전 단계를 사용하는 회전입니다. 전자는 평면 부품에 사용되고, 후자는 튜브형 또는 3D 모양 부품에 사용됩니다. 레이저 빔은 어떤 유형의 갠트리에서 초점 렌즈가 부품을 가로질러 이동하는 "비행 광학"을 사용하거나 평평한 스캐닝 필드를 제공하는 소위 f-세타 렌즈 뒤에 있는 광학 바닉 미러에 의한 빠른 스캐닝을 사용하여 이동할 수 있습니다.

부품과 집중된 레이저를 모두 움직일 수 있는 기능을 통해 레이저 커팅기는 거의 모든 형상을 처리하도록 설계할 수 있습니다. 튜브형 부품, 평평한 패턴, 그리고 모든 종류의 3D 모양입니다. CAD 파일로 작성할 수 있다면, 빈 기판으로 작성할 수 있는 레이저 커팅기가 있습니다.

일반적인 레이저 유형

레이저 커팅기에 통합된 가장 일반적인 세 가지 유형의 레이저는 밀봉된 CO2 레이저, 나노초섬유 레이저 및 초단펄스(USP) 레이저입니다. 최적의 선택은 절단되는 재료의 유형, 두께 및 필요한 가장자리 품질에 따라 달라집니다.

밀봉된 CO2 레이저는 중적외선에서 고출력을 전달하여 세라믹, 종이, 돌, 플라스틱 등 다양한 절단 재료에 매우 적합합니다. 작은 와트에서 수백 와트의 전력으로 높은 전력과 높은 전력/비용 비율을 모두 제공할 수 있으므로 빠른 절단에 적합합니다. 그러나 에지 품질은 종종 열 효과를 나타내며 일부 응용 분야에서는 후가공이 필요할 수 있습니다.

나노초 섬유 레이저는 현재 레이저 커팅 마켓에서 가장 큰 점유율을 차지하고 있습니다. 적외선 및 가시 출력을 선택하여 다양한 재료에 적용할 수 있습니다. 금속, 플라스틱, 기타 유기물. 마이크론 정밀도로 절단할 수 있어 의료기기 절단 및 재사용에 적합합니다. 그러나 높은 에지 품질이 필요한 스텐트와 같은 응용 분야의 경우, 후가공이 필요합니다.

피코초 또는 펨토초 펄스 폭이 있는 USP 레이저는 적외선, 가시광선 또는 UV 출력으로 사용할 수 있습니다. 짧은 펄스 폭은 사실상 열영향 영역(HAZ)이 없는 탁월한 에지 품질을 제공합니다. 따라서 가장 까다로운 절단 및 스크립팅 응용 분야에서도 후가공이 필요하지 않은 경우가 많습니다. 하지만 그것들은 와트당 가장 높은 비용을 나타냅니다. 또한 상대적으로 낮은 전력(와트에서 수십 와트)으로 인해 절단 속도가 제한됩니다.

결론: 절단 용도에 적합한 최적의 레이저를 실제로 공급받고 싶다면 이러한 모든 옵션을 제공하는 공급업체만 사용하십시오.

소프트웨어, 자동화 및 공정 모니터링 수행

레이저 커팅기의 명백한 목적은 레이저 사용에 대한 전문가가 아니어도 절단 용도에 턴키 솔루션을 제공하는 것입니다. 형식에 따라 다릅니다. 작동 범위는 반수동에서 폐쇄 루프 제어 하의 완전 자동화에 이르기까지 다양합니다. 자동화된 부품 공급 장치 옵션을 사용하면 수백 또는 수천 개의 부품을 절단하여 무인 작동을 장시간 실행할 수 있습니다.

소프트웨어 제어는 일반적으로 객체 기반 사용자 친화적 GUI를 통해 구현됩니다. 한 가지 예로, 시각적 공정 설계, 실행 및 모니터링을 능률화하는 Coherent의 많은 커팅기와 함께 제공되는 Laser Framework가 있습니다. 이를 통해 작업 설정 시간을 단축하고 운영자 생산성을 높이며 생산 오류를 줄이며 인력 교육을 줄일 수 있습니다.

첨단 레이저 커팅기는 또한 레이저 모니터링 옵션을 제공하여 빔이 사양에 맞게 정확하게 작동하는지 확인합니다. 인공지능 덕분에 모니터링 시스템은 어떠한 레이저 오류든 가능성 있는 이유를 알려드릴 수 있습니다.

기계 전문화

응용 분야 최적화 측면에서 레이저 커팅기는 범용 기계에서 특정 응용 분야 또는 산업에 최적화된 기계, 특정 작업에 최적화된 기계에 이르기까지 매우 다양합니다.

Coherent의 MPS 제품군과 같은 범용 기계는 많은 선택과 옵션으로 특징지어집니다. 기계의 크기, 절단 플랫폼의 세부 정보, 레이저의 선택, 운동 축(선형 및 회전)은 모두 사용자가 지정합니다.

일련의 응용 분야에 최적화된 기계의 예로는 MDM(의료장비 제조)에서 특히 인기 있는 StarCut Tube(스타컷 튜브) 시리즈가 있습니다. 이 기계는 광섬유 레이저 또는 USP 레이저를 사용하여 작은 부품을 정밀하게 절단하는 데 최적화되어 있습니다. 주로 튜브형 부품에 사용되지만 작고 평평한 기판에서 절단할 수도 있습니다.

"단일 작업" 기계 유형의 예는 NA Needle Drilling System(NA 니들 드릴링 시스템)입니다. 본 제품 시리즈는 일반적이고 소형화된 수술용 바늘에 바람직하지 않은 열 손상 없이 블라인드 구멍을 뚫도록 구성되었습니다.