레이저 가공에 대한 멀티패스 접근 방식으로 정밀 부품 제공

계약 제조업체인 ES Precision은 영국에서 얇은 금속 부품의 세부 절단을 위해 최대 수천 번의 고속 패스를 사용하는 "침식 절단" 기술을 성공적으로 도입했습니다.

ES Precision – 정밀 가공 및 마킹

영국 킹스턴 백퓌즈에 위치한 ES Precision은 의료장비, 자동차 레이싱(포뮬라 1), 항공우주, 전자공학 및 일반 엔지니어링과 같은 산업 분야에서 재료 마킹, 절단, 드릴링을 위해 레이저 가공을 사용하는 계약 제조업체입니다. 레이저 업계 전문가 Tim Millard와 Andy May는 주로 혁신적인 레이저 가공 및 마킹을 기반으로 하는 정밀 제품 중심의 가공 분야에 기회가 있다고 믿고, 2017년 이 회사를 설립했습니다. 이 회사는 정밀 가공, 드릴링 및 금속 마킹을 위한 파이버 레이저는 물론 플라스틱 마킹을 위한 자외선 레이저, 경제적인 절단 및 유기물 조각을 위한 이산화탄소 레이저까지 여러 가지 레이저 기술을 포괄하는 다양한 레이저 기계를 보유하고 있습니다. 이 회사의 거의 모든 레이저 기술은 Coherent로부터 시작합니다.

침식 절단 – 정의 및 이유

이름에 있는 그대로 이 회사는 정밀 결과를 중요시 합니다. 이를 위해 이 회사는 영국에서 정밀 디테일 및 모서리 품질 수준이 뛰어난 얇은 금속 부품을 제조하기 위해 비용 효율적인 방식으로서 "침식 절단" 기술을 도입했습니다. May 이사는 다음과 같이 말했습니다. "밀리초 영역에서 연속파 파이버 또는 이산화탄소 레이저나 레이저 펄스를 사용한 기존의 금속 절단 방식은 가스 노즐이 레이저 에너지로 발생하는 용융 금속을 대부분 날려 버리기 때문에 매우 효율적입니다. 하지만 이러한 유형의 절단 기술은 얇은 부품에 적합하지 않습니다. 주변부 가열이 너무 높고 몇 그램에 불과해서 지지가 어렵고 고압 가스로 인해 쉽게 손상되거나 날아가버릴 수 있는 작은 구조물 때문입니다. 침식 절단은 이러한 문제를 없애 줍니다."

 

Erosion Cutting of Brass Gears
Erosion Cutting of Thin Carbon Steel Plate

그림 1. ES Precision에서 작은 황동 기어와 탄소강으로 제작된 맞춤식 플레이트를 포함하여 모든 얇은 금속의 가공을 도와주는 침식 절단. 이미지 제공: ES Precision.

 

침식 절단은 마킹 애플리케이션에 일반적으로 사용되는 고속 검류계 스캐닝 기술을 활용합니다. 실제로 ES Precision은 마킹/조각 작업을 위해 일반적으로 사용되고 20W 파이버 레이저가 장착된 Coherent PowerLine F20 시스템으로 시작했습니다. May 이사는 다음과 같이 설명했습니다. "집속된 레이저를 한 번만 투사해서 절단하는 대신 침식 절단은 최소 10회 이상 그리고 경우에 따라서는 수천 번까지 반복되는 레이저 투사로 몇 미크론 단위까지 정밀하게 재료를 제거할 수 있습니다. 하지만 고속 갈보 덕분에 수천 번에 걸친 투사도 몇 분 내에 수행할 수 있습니다." May 이사는 짧은 유효 체류 시간과 20W 정도의 적당한 레이저 출력 덕분에 스캔당 제거량을 최대 5미크론 정도 이하로 제한할 수 있다고 말했습니다. 정확한 양은 스캔 속도, 레이저 설정, 특정 재료 특성, 절삭 깊이에 따라 달라집니다. May 이사는 다음과 같이 설명했습니다. "더 깊이 절단할수록 각 투사로 제거되는 재료 양이 예상대로 점점 더 줄어듭니다. 최대 절삭 깊이는 궁극적으로 "절단 기저에 도달하는 레이저 출력에 따라 제한됩니다." May 이사는 20W 파이버 레이저를 사용할 경우 이 방식은 두께가 0.5mm 미만인 금속 부품 및 5mm 미만인 유기물까지로 제한된다고 말했습니다.

Coherent PowerLine F Flexible Laser Sub-Systems

그림 2: Coherent PowerLine F 시리즈는 19~95W 출력의 파이버 레이저를 장착할 수 있는 유연한 레이저 하위 시스템을 제공합니다.

대부분의 얇은 금속을 위한 비용 효율적인 절단 방법

May 이사는 세라믹과 같은 더 단단한 재료는 물론 거의 모든 금속에 이 공정을 적용할 수 있다고 덧붙였습니다. 이 회사의 많은 제품들이 스테인리스강 또는 전기강판으로부터 절단됩니다. 후자의 예로는 소형화된 전기 모터용 부품이 포함됩니다. 이 회사는 또한 플래티넘 기반의 구성품과 같은 고가 금속에도 침식 절단을 사용하고 있습니다. 생명 공학 애플리케이션 및 연료 전지를 위한 촉매 구성품. 몰리브덴은 의료 영상 부문의 X선 표적 등에 사용하기 위해 ES Precision에서 일반적으로 요청되어 가공되는 금속입니다.

물론 피코초 또는 펨토초 출력의 초단파 펄스(USP) 레이저를 사용해서 뛰어난 가장자리 품질과 초소화된 열 손상 목표를 달성할 수도 있습니다. May 이사는 레이저 출력 단위(와트)당 제거되는 재료 측면에서 더 빠른 속도와 효율성은 물론 훨씬 낮은 비용 덕분에 USP 절단을 위해 파이버 레이저 절단을 선택했다고 설명했습니다. 이 회사에서는 더 두꺼운 금속 구성품 절단을 위해 더 빠른 침식 절단 속도가 특히 중요합니다.

 

Erosion Cutting for Non-metals

그림 3. 침식 절단은 탄소 파이버 합성물과 같은 비금속에도 적용될 수 있습니다. 이미지 제공: ES Precision.

더 두꺼운 금속으로 기능 확장

ES Precision은 더 두꺼운 금속 부품으로 다각화함으로써 사업을 확장할 수 있기를 바랍니다. 따라서 이 회사는 100W 파이버 레이저가 장착된 PowerLine F100을 주문했습니다. 이를 통해 최대 2mm 두께의 금속까지 침식 절단을 수행할 수 있을 것입니다. 또한 더 빠른 처리를 가능하게 해주는 더 얇은 제품에도 사용되어, 프로토타입 및 단기 비즈니스에서 항상 이점을 제공할 수 있습니다. 

이 회사가 또 다시 Coherent 장비를 선택한 이유는 무엇일까요? 메이 이사는 다음과 같이 말했습니다. "저희 비즈니스 모델을 지원하기 위해서는 레이저 장비 공급업체에 관한 세 가지 중요한 원칙이 있습니다. 저희 회사의 평판과 가격 책정의 기준이 되는 정밀성은 가장 중요한 기준입니다. 두 번째는 신뢰성입니다. 소규모 계약 업체로서 저희 회사는 특정 복제 분량 및 기계 대역폭만 감당할 수 있습니다. 신뢰할 수 없는 레이저 기계로 인해 납품 기한을 놓칠 수는 없습니다. 마지막으로 같은 이유로 인해 신뢰할 수 있는 서비스 및 지원이 필요합니다. Coherent는 이러한 세 가지 기준 모두에서 훌륭한 파트너로 입증되었습니다.”

 

Erosion Cutting of Thicker Metals

그림 4. 더 높은 레이저 출력으로 두꺼운 금속의 침식 절단은 물론 스프링 강철 구성품과 같은 대량 제품의 고속 처리를 지원합니다. 이미지 제공: ES Precision.

성공적인 로드맵

ES Precision은 불과 몇 년 만에 레이저 가공 및 마킹 분야에서 성공과 함께 명성을 얻을 수 있었습니다. ES Precision은 고정밀 부문의 특정 틈새 시장을 목표로 설정하고 침식 절단과 같은 혁신 기술을 활용함으로써 다른 범용 업체들과 차별화된 서비스를 제공하고 있습니다. Coherent와의 기술 제휴 덕분에 이 회사는 지속적인 성공을 거둘 수 있게 되었습니다. 

성공 사례 더 보기

"레이저 장비 공급업체에 관한 세 가지 중요한 원칙이 있습니다. 바로 정밀도와 신뢰성 그리고 믿을 수 있는 서비스와 지원입니다. Coherent는 이러한 세 가지 기준 모두에서 훌륭한 파트너로 입증되었습니다."

- Andy May 이사.

 

 

 

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