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TRUMPF 파이버 레이저의 장점

파이버 레이저란 무엇입니까? 어떤 용도로 사용됩니까? 파이버 레이저로 어떤 재료를 가공할 수 있습니까? 이 페이지에서 다양한 유형의 파이버 레이저와 제조 과정에서의 장점을 자세히 알아보십시오.

파이버 레이저의 이용과 장점

업종 전반에서 사용될 수 있는 다양성

파이버 레이저는 항공우주산업, 전기 자동차를 포함하는 자동차산업, 치기공, 전자장치, 귀금속, 의학, 연구, 반도체, 센서, 태양력 및 기타 다른 분야 등 거의 모든 곳에서 사용됩니다.

크지 않은 설치 바닥 덕분에 컴팩트함

파이버 레이저는 컴팩트한 디자인을 통해 공간을 많이 사용하지 않습니다. 따라서 공간을 많이 차지하고는 했던 제조 공정에 이상적인 솔루션이라고 할 수 있습니다.

재료 다양성

파이버 레이저는 많은 다양한 재료를 가공할 수 있습니다. 금속(연강, 스테인레스 스틸, 티타늄 및 알루미늄이나 구리 등과 같은 반사 재료 포함) 은 전 세계 레이저 가공 공정에서 가장 많이 처리되는 재료입니다. 하지만 플라스틱, 세라믹, 규소, 섬유 등도 가공할 수 있습니다.

비용 효율성

파이버 레이저는 공동 비용 및 운전비용을 낮추기에 이상적인 방법입니다. 이 방법은 가성비가 우수하고 정비 비용이 매우 낮아 비용 효율성이 높은 솔루션입니다.

간단한 통합

다양한 인터페이스 덕분에 TRUMPF 파이버 레이저는 빠르고 간편하게 기계와 설비에 통합할 수 있습니다. 당사는 고객님의 파트너인 OEM 또는 토털 솔루션 제공사(레이저, 광학장치, 센서 및 서비스)로서 여러분을 지원합니다.

에너지 효율

파이버 레이저는 높은 효율성을 발휘하며 기존 제조 기계와 비교하여 전력 소비량이 적습니다. 이를 통해 환경 발자국을 낮춰주고 운전비용을 줄여줍니다.

파이버 레이저는 어떻게 작동합니까?

모든 레이저는 세 가지 핵심 요소를 갖습니다: 빔 소스, 강화 매체 및 발진기. 빔 소스는 외부에서 공급되는 에너지를 사용하여 강화 매체를 활성 상태로 만듭니다. 레이저 활성 매질의 이러한 활성 상태를 이른바 반전 분포 상태라고 하며, 이 상태에서는 매체가 빛을 물리적 프로세스를 통해 강화할 수 있습니다. 이를 유도 방출 상태라고 표현하며 알버트 아인슈타인에 의해 최초로 설명되었습니다(LASER = "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"). 파이버 내부의 파이버 브랙 그릴은 강화 매체 주변의 미러로서 작용하여 시각적인 발진기를 구성합니다. 이 발진기는 한편으로 시각적 에너지를 수용하여 발진기 내부에서 추가적인 강화가 이루어지도록 하면서도 에너지의 특정 부분을 반투명 미러를 이용하여 분리합니다. 이 분리된 시각적 에너지의 일부가 다양한 용도로 사용할 수 있는 레이저 빔입니다.

TRUMPF는 펌프 레이저 다이오드로부터 강화 파이버의 레이저 활성 매질로의 라이트 커플링에 대한 자체 도식을 개발하였습니다. "GT 웨이브"로 표현되는 도식(그래픽 참조)에서 펌프 파이버는 수 미터에 이르는 전체 길이에서 강화 파이버와 계속 접촉 상태를 유지합니다. 이때 펌핑 광의 일부는 내부에서 반사되는 빔이 한계면에 닿을 때마다 항상 강화 파이버에 진입합니다. 이 빔이 희토류(이터븀)와 접촉한 코어를 통과하면 부분적으로 빔이 흡수되거나 강화 매체를 활성화시킵니다. 이를 통해 강화 파이버의 전체 길이에서 전체 펌핑 광이 균일하고 지속적으로 흡수됩니다. 이러한 도식의 장점은 높은 레이저 출력으로의 조정이 추가 펌프 모듈의 추가를 통해 간편해진다는 점입니다. 이 도식의 또다른 장점은 강화 파이버 최종 면에 최종 펌프 도식에 따라 "핫 스팟"이 생성되는 것을 방지할 수 있고, 펌프 에너지를 강화 파이버 길이에 따라 움직이도록 하여 강화 프로필이 균일해진다는 점입니다.

파이버 레이저는 또한 희토류 성분(에르븀, 툴리움, 이터븀)이 혼합된 파이버를 레이저 활성 매질로 사용하는 레이저 유형입니다. 시중에 유통되는 다른 레이저 유형에서는 레이저 활성 매질로 크리스탈(예: 디스크 레이저) 또는 가스(예: CO2 레이저)가 사용되는 것과 이 레이저 유형이 다른 점입니다.

파이버 레이저는 절대적인 효율성을 제공할 뿐만 아니라 빔 길이와 시간, 정도 및 열방출을 과니하여 정확하게 속도와 출력을 제어합니다.

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제품

파이버 레이저로 어떤 재료를 가공할 수 있습니까?

파이버 레이저는 다양한 재료 가공에 매우 적합하며 수년간 산업에 투입되어 입증된 신뢰성을 제공합니다. 특히 금속 가공에서 파이버 레이저가 많이 사용됩니다. 이때 금속 유형은 그다지 중요하지 않습니다. 파이버 레이저는 연강, 스테인레스 스틸, 티타늄, 철 또는 니켈과 알루미늄, 주석, 구리 또는 귀금속(금 또는 은)의 가공에 적합합니다. 또한 파이버 레이저는 양극산화 처리되었거나 도장된 표면이 있는 재료를 잘 가공합니다. 파이버 레이저, 특히 펄싱형 나노 초 레이저는 규소, 귀금속(다이아몬드 포함), 플라스틱, 폴리머, 세라믹, 복합소재, 얇은 층, 기와와 콘크리트 가공에 사용됩니다.

어떤 파이버 레이저를 구입합니까?

우선 TRUMPF에서 제공하는 파이버 레이저 모델 간 차이점을 알아두는 것이 중요합니다. 당사에서는 펄싱 파이버 레이저, 연속 웨이브 파이버 레이저(Continous Wave = CW) 및 극초단 펄스 레이저를 제공하고 있습니다. 펄싱 파이버 레이저는 레이저 빔을 펄스 형태로 배출합니다. 이때 개별 펄스의 시간은 나노초에서 마이크로 초 범위에서 제어됩니다. CW 레이저는 지속적인 레이저 빔을 방출하지만 빔 출력을 kHz 주파수 범위까지 조절이 가능합니다. CW 파이버 레이저는 출력 및 높은 아웃풋에 집중되어 있습니다. 따라서 산업 환경에서 CW 레이저가 가장 자주 사용됩니다. 펄싱 파이버 레이저는 짧은 펄스 내에 높은 최고 출력이 필요할 경우 항상 CW 레이저보다 우선 사용됩니다. 그 외에 마이크로 레이저의 펄스 폭은 피코 초보다도 짧습니다. 이 폭은 최대 350 fs(펨토 초)에 이릅니다.

파이버 레이저가 주로 사용되는 분야

파이버 레이저는 제조업의 다양한 부문에서 사용하기에 적합합니다. 주로 효율성과 속도가 필수적인 중공업 분야의 일부 용도에서는 정비 또는 유지보수 소요가 매우 적거나 전혀 없는 CW 파이버 레이저가 완벽한 솔루션입니다. 이를 통해 CW 레이저는 레이저 드릴링, 레이저 절단 및 레이저 용접에 가장 적합합니다. 만일 복잡한 형상에서 특별한 절단이 필요할 경우 펄싱 파이버 레이저가 최적의 수단입니다.

레이저 용접

레이저 용접은 동일한 종류 또는 동일하지 않은 종류의 재료를 용접하는 공정을 말합니다. 레이저 용접은 다양한 품질 및 비용에서 장점을 갖습니다. 이를 통해 다양한 재료와 재료 강도, 예를 들어 두꺼운 금속 플레이트, 연소 전지 및 배터리에서부터 의료 기기 제조를 위한 미세한 와이어에 대해 용접을 수행할 수 있습니다.

레이저 절단

레이저 절단이란 재료를 레이저 빔을 사용하여 절단하는 절차를 말합니다. 이 절차는 소형이거나 정밀한 재료 또는 두께가 매우 두꺼운 재료(예: 판재) 가공에 적합합니다. 이 공정에는 집중된 레이저 빔의 사용(예: 펄싱 또는 연속 파장 사용)이 포함되어 폭넓은 재료을 반복적이고 높은 수준의 정확도로 절단할 수 있다는 장점이 있습니다.

3D 프린팅 기술

적층 가공은 재료를 층별로 추가하여 3D 부품을 구성하는 공정입니다. 이 공정은 일반적으로 "3D 프린팅"이라고 불리기도 합니다. 3D 프린팅 기계와 컴퓨터 소프트웨어를 함께 이용하여 복잡한 형태도 생성할 수 있습니다. 적층 가공 테크놀로지가 사용된 것은 이미 30년 이상이 되었지만 지난 수년 동안 이 기술이 그 다양성과 뛰어난 수익성으로 인해 큰 규모로 산업에서 활용되고 있습니다. 파이버 레이저는 빔 소스로서 3D 프린팅 시스템 내에서 사용됩니다.

레이저 어블레이션

레이저 어블레이션이란 레이저를 이용한 정밀한 코팅 층 분리 작업을 말합니다. 이때 층을 분리하는 재료의 유형은 중요하지 않습니다. 왜냐하면 레이저가 다양한 재료(고체 물질에서 세라믹 및 산업 복합 물질까지)를 분리할 수 있기 때문입니다. 어블레이션은 전자 제품 제조 과정 (예: 반도체 및 마이크로 프로세서)에서 자주 사용됩니다. 이 절차가 제공하는 중요 장점은 어블레이션을 높은 정확도와 정밀도로 실행할 수 있다는 점입니다. 어블레이션은 하나의 단계로 진행됩니다. 그리고 이는 기존 방법 예를 들어 에칭 작업이 대부분 여러 단계로 이루어진다는 점에서 매우 큰 장점입니다. 레이저 어블레이션은 기존 방법(예: 드라이아이스 분사)과 비교하여 용매와 화학믈질을 사용하지 않기 때문에 비용을 절약하고 환경을 보호할 수 있는 기술입니다.

레이저 세척

레이저 세척 시 오염물질, 쌓인 불순물 또는 이물질(예: 금속, 탄소, 규소 및 고무)을 레이저로 재료 표면에서 제거할 수 있습니다. 레이저 세척 설차에는 두 가지 종류가 있습니다. 하나는 재료 표면에서 층을 어블레이션하는 것이고 다른 하나는 재료의 전체 상층을 어블레이션하는 것입니다.

레이저 어블레이션의 장점으로는 개선된 환경 친화성(화학 물질 또는 용매를 사용하지 않고 최소한의 폐기물만 발생), 적은 소모 및 마이크로 부품(특히 전자 장치 내)을 세척할 수 있다는 점을 들 수 있습니다.

레이저 드릴링

레이저 드릴링은 재료에 구멍을 만들 때 사용하는 비접촉식 절차로서 반복적인 레이저 빔 펄싱을 통해 특정 영역에서 구현될 수 있습니다. 재료는 이때 층별로 드릴 구멍이 뚫릴 때까지 증발되고 용융됩니다. 이 공정은 재료 두께, 뚫어야 할 구멍의 수 및 크기(너비와 깊이)에 따라 다르게 진행됩니다.

파이버 레이저 드릴링의 장점으로는 접점 "마모"와 오염 제거, 높은 반복정확도, 다양한 재로 가공 가능, 다양한 형태와 크기의 정밀 드릴링 생성, 제조 공정에의 간편한 통합 및 툴 소요가 적은 빠른 셋업을 들 수 있습니다.

레이저 마킹/레이저 라벨링

레이저 마킹 시 집중적인 펄싱 레이저 빔을 이용하여 바로 표면에 라벨을 각인할 수 있습니다. 레이저 빔과 부품 표면이 상호 작용하여 재료를 변화시키고, 이를 통해 눈에 보이는 변색, 구조화 또는 마킹이 강조되어 표시됩니다. 레이저 마캉 시에도 다양한 재료를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 레이저 마킹을 모든 금속 위 뿐만 아니라 세라믹, 플라스틱, LED, 고무, 그래픽 복합 소재 등에 새길 수 있습니다.

레이저 각인

레이저 각인 시에는 재료의 일부가 분리되어 눈에 보이는 각인 표시를 남깁니다. 각인 공정은 레이저 빔에 의해 진행됩니다. 이때 재료가 분리되어 표시가 생성되며, 이 과정에서 레이저는 끌과 같은 역할을 하여 대상에서 선택한 영역을 분리시킵니다. 이 대상은 표면 아래에 표시됩니다. 그 깊이는 표시 시간, 에너지 펄스 및 통과 회수와 재료 유형에 따라 다릅니다.

파이버 레이저 vs. CO₂ 레이저

다음 단원에서는 파이버 레이저와 CO2 레이저를 비교해드립니다. 파이버 레이저는 글로벌 시장에서 유통되는 새로운 유형의 레이저입니다. 파이버 레이저는 움직이는 부품이나 미러가 없으며 낮은 정비 비용으로 작동합니다. 또한 전기적으로 효율적일 뿐만 아니라 매우 얇거나 두꺼운 반사 금속에서도 원활하게 작동합니다. CO2 레이저는 오늘날 주로 비금속 재료, 예를 들어 플라스틱, 섬유, 유리, 아크릴, 목재 및 석재 등을 가공하는데 상당히 넓은 범위에서 사용됩니다. 이 레이저는 특히 두꺼운 재료를 가공하는데 장점을 갖습니다(기본적으로 5 mm 두께 이상). 그리고 직선 라인에서 파이버 레이저보다 더 빠르게 작업합니다.