레이저 절단
레이저 절단은 무엇입니까?
레이저 절단은 레이저를 사용하여 금속, 플라스틱, 유전체 등을 절단하는 공정입니다. 일반 레이저 절단기는 레이저, 빔 전달 광학 장치, 부품 및/또는 광학 장치를 이동하는 모션 하드웨어, 선택적 비전 시스템 및 통합 제어 소프트웨어를 결합합니다.
레이저 절단기는 초점이 맞춰지거나 모양이 있는 레이저 빔을 사용하여 재료를 선택적으로 제거(절제)하는 정밀한 도구 역할을 합니다. 절제 공정은 레이저 파라미터와 절단되는 재료의 유형에 따라 광열(열 사용) 또는 광절제(압력 사용)로 이루어질 수 있습니다. 레이저 절단은 스루컷, 구멍 뚫기, 스크라이빙에 사용할 수 있으며 특정 깊이 또는 특정 재료 인터페이스까지 자르는 작업이 가능합니다. 재료의 두께는 얇은 플라스틱 필름부터 수 mm 두께의 금속까지 다양할 수 있습니다. 레이저 절단은 매우 정밀하고 다재다능하며 제조 및 제작에 널리 사용됩니다.
레이저 절단의 작동 방식
레이저 절단기는 고정된 공작물 위로 레이저 빔을 이동하거나 고정된 레이저 빔 아래로 공작물을 이동합니다. 일부 기계는 두 가지를 모두 사용하여 더 복잡한 2차원 및 3차원 모양을 만들 수 있습니다. 기계는 일반적으로 사용하기 쉬운 그래픽 인터페이스를 통해 소프트웨어로 제어합니다. 일부 기계는 특정 작업을 위한 특수 소프트웨어와 하드웨어를 조합합니다. 최신 레이저 절단기는 IoT 및 인더스트리 4.0과 호환됩니다.
레이저 절단과 절단기의 작동 원리를 자세히 살펴보겠습니다.
빔, 부품 또는 둘 모두 이동
레이저 절단기는 기계식 선반이나 밀링 머신처럼 가공할 재료를 기준으로 레이저 빔을 움직여 절단합니다. 절단 방법에는 세 가지가 있습니다.
- 고정된 레이저 빔 아래로 부품을 이동합니다.
- 부품을 고정하고 레이저 빔을 이동합니다.
- 두 가지를 조합합니다.
부품과 빔을 모두 움직여 복잡한 절단과 모양을 만듭니다. 레이저 절단을 위해 부품을 이동하는 두 가지 일반적인 방법은 선형 모션 스테이지를 사용한 XY축 이동 또는 회전 스테이지를 사용한 회전입니다. 전자는 평면 부품에, 후자는 튜브형 또는 3D 부품에 사용됩니다.
레이저 빔은 어떤 유형의 갠트리에서 초점 렌즈가 부품을 가로질러 이동하는 "비행 광학"을 사용하거나 평평한 스캐닝 필드를 제공하는 f-세타 렌즈 뒤에 있는 광학 바닉 미러에 의한 빠른 스캐닝을 사용하여 이동할 수 있습니다.
부품과 레이저 빔을 모두 움직이면 레이저 커터는 거의 모든 형상을 절단할 수 있습니다. 튜브형 부품, 평평한 패턴, 그리고 모든 종류의 3D 모양입니다. CAD 파일로 만들 수 있다면 레이저 절단기로 절단할 수 있습니다.
일반적인 레이저 절단 유형
레이저 절단기에 사용되는 가장 일반적인 세 가지 유형의 레이저는 밀봉 CO2 레이저, 나노초 파이버 레이저 및 초단펄스(USP) 레이저입니다. 최적의 선택은 절단하는 재료의 유형, 두께 및 필요한 가장자리 품질에 따라 달라집니다.
밀봉 CO2 레이저는 중적외선에서 고출력을 전달하여 세라믹, 종이, 돌, 플라스틱 등 재료의 절단에 매우 적합합니다. 작은 와트에서 수백 와트의 전력으로 높은 전력과 높은 전력/비용 비율을 모두 제공할 수 있으므로 빠른 절단에 적합합니다. 그러나 이러한 레이저 절단 부품은 절단면을 따라 슬래그 및 기타 결함을 제거하기 위해 후가공이 필요한 경우가 많습니다.
나노초 파이버 레이저는 레이저 절단에 사용하는 가장 일반적인 레이저입니다. 적외선 및 가시광선 출력을 선택할 수 있어 금속, 플라스틱 및 기타 유기 재료 등 다양한 재료를 절단하는 데 사용할 수 있습니다. 마이크론 단위로 정밀하게 절단할 수 있어 의료장치 및 재사용이 가능한 제품에 적합합니다. 하지만 심장 스텐트와 같은 정밀 부품의 경우 일부 후가공이 필요할 수 있습니다.
피코초 또는 펨토초 펄스 폭의 USP 레이저는 적외선, 가시광선 또는 자외선을 출력하는 제품이 있습니다. 펄스 폭이 짧아 열 영향 영역(HAZ)이 거의 없이 가장자리 품질이 탁월합니다. 따라서 가장 까다로운 절단 및 스크립팅 응용 분야에서도 후가공이 필요하지 않은 경우가 많습니다. 하지만 와트당 비용이 가장 높고, 상대적으로 낮은 전력(와트에서 수십 와트)으로 인해 절단 속도가 제한됩니다.
결론: 절단 응용 분야에 맞는 최적의 레이저를 공급받고 싶다면 이러한 모든 레이저 절단 옵션을 제공하고 사용법을 잘 알고 있는 공급업체를 이용하시기 바랍니다.
레이저 절단 소프트웨어, 자동화 및 공정 모니터링
레이저 절단기는 레이저 사용에 대한 전문 지식이 필요하지 않도록 절단 응용 분야를 위한 일괄 솔루션을 제공해야 합니다. 형식에 따라 반수동에서 밀폐형 루프 제어에 의한 완전 자동화에 이르기까지 작동 범위가 다양합니다. 자동화된 부품 공급 옵션을 사용하면 많은 개입 없이도 수백, 수천 개의 부품을 절단할 수 있어 장시간 무인 작동이 가능합니다.
레이저 절단 소프트웨어는 일반적으로 개체 중심의 사용하기 쉬운 그래픽 인터페이스를 갖추고 있습니다. Coherent의 여러 절단기와 함께 제공되는 레이저 프레임워크는 시각적 공정 설계, 실행 및 모니터링을 간소화했습니다. 이는 작업 설정 시간을 단축하고 작업자 생산성을 높이며 생산 오류를 줄이고 인력 교육을 줄일 수 있음을 의미합니다.
첨단 레이저 커팅기는 또한 레이저 모니터링 옵션을 제공하여 빔이 사양에 맞게 정확하게 작동하는지 확인합니다. 인공지능(AI) 덕분에 모니터링 시스템은 레이저 오류의 가능한 원인까지 알려줄 수 있습니다.
특수 레이저 절단
레이저 절단기에는 범용 레이저 절단기와 특정 목적을 위해 설계된 레이저 절단기가 있습니다.
Coherent의 MPS 제품군과 같은 범용 절단기는 다양한 선택지와 옵션을 제공합니다. 기계의 크기, 절단 플랫폼의 세부 사항, 레이저 선택, 모션 축(선형 및 회전)을 선택할 수 있습니다. 이러한 기계는 다양한 레이저 절단에 사용할 수 있으며 새로운 레이저 절단이 필요할 때 재구성할 수 있습니다.
다른 레이저 절단기는 특정 응용 분야에 최적화되어 있습니다. 예를 들어, Coherent StarCut Tube 시리즈는 의료장치 제조(MDM)에서 인기가 높으며, 파이버 또는 USP 레이저로 작은 부품을 절단하는 데 자주 사용됩니다. 주로 튜브형 부품에 사용되지만 평평한 판재도 절단할 수 있습니다.
일부 레이저 절단기는 더욱 전문화되어 처음부터 특정 작업을 최대한 효율적으로 수행하도록 설계되었습니다. "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.
제조 혁신
레이저 절단은 상상할 수 있는 거의 모든 산업에서 제조 혁신을 일으켰습니다. 이를 통해 엔지니어는 신소재를 사용하여 정밀 부품을 제작하고 완전히 새로운 제조 방법을 개발할 수 있었습니다.
다음은 레이저 절단의 몇 가지 일반적인 용도입니다.
- 산업 제조:
- 금속 절단: 레이저 절단은 자동차 부품, 항공우주 부품 및 기계 제조에서 강철, 알루미늄 및 티타늄과 같은 금속을 절단하는 데 널리 사용됩니다. 정밀도가 높으며 복잡한 모양을 처리할 수 있습니다.
- 직물 절단: 레이저 절단은 섬유 산업에서 직물을 절단하고 의류, 실내 장식 및 기타 섬유 제품을 위한 복잡한 패턴을 만드는 데 사용됩니다.
- 간판 및 광고:
- 아크릴 및 플라스틱 절단: 레이저 절단은 간판, 디스플레이 및 판촉물을 위한 아크릴 및 기타 플라스틱을 정밀하게 절단하는 데 사용됩니다. 복잡한 디자인과 부드러운 가장자리를 만들 수 있습니다.
- 시제품 제작 및 신속한 제조:
- 시제품 제작: 레이저 절단은 제품 개발 과정에서 시제품 제작에 사용됩니다. 시제품 부품과 모델을 빠르고 정확하게 제작할 수 있습니다.
- 맞춤형 제조: 소량의 특수 부품을 경제적으로 생산할 수 있는 레이저 절단의 이점을 이용하면 소규모 및 맞춤형 제조를 할 수 있습니다.
- 전자공학 산업:
- PCB 제조: 레이저 절단은 인쇄 회로 기판(PCB) 생산에 사용되어 기판을 정밀하게 절단하고 모양을 만들 수 있습니다. 전자 부품의 복잡한 패턴을 만드는 데 도움이 됩니다.
- 의료 응용 분야:
- 의료장치: 레이저 절단은 정밀하고 섬세한 재료를 절단할 수 있기 때문에 스텐트 및 수술 기구와 같은 의료장치 생산에 활용됩니다.
- 종이 및 판지 절단:
- 패키징: 레이저 절단은 포장, 판촉물 및 예술적 프로젝트를 위해 종이와 판지에 복잡하고 정밀한 절단을 만드는 데 사용됩니다.
- 보석 제작:
- 귀금속: 레이저 절단은 보석 업계에서 금과 은과 같은 귀금속을 절단하고 성형하는 데 사용됩니다. 복잡한 디자인과 정밀한 디테일을 구현할 수 있습니다.
- 자동차 산업:
- 인테리어 구성 요소: 레이저 절단은 가죽, 직물, 플라스틱과 같은 자동차 내장 부품의 재료를 절단하고 모양을 만드는 데 사용됩니다.
- 목공:
- 맞춤형 가구: 레이저 절단은 맞춤형 가구 제작 및 목공 프로젝트에 사용됩니다. 나무로 섬세하고 복잡한 디자인을 만들 수 있습니다.
- 건축 모형:
- 모형 제작: 건축가와 설계사는 레이저 절단을 사용하여 정밀하고 정확하게 세부적인 건축 모형을 제작합니다.
레이저 절단은 정밀도가 높고, 재료 낭비를 최소화하며, 다양한 재료를 절단할 수 있습니다. 현대의 제조 및 디자인에서 필수적인 요소로 자리 잡은 이 기술이 없다면 우리의 세상은 지금과 같지 않을 것입니다.