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레이저 절단 | TRUMPF

레이저 절단, 접촉 없는 절단 프로세스

레이저 절단은 다양한 두께의 금속과 비금속 소재를 절단할 수 있는 하나의 절단 프로세스입니다. 이는 형성되어 한데 모인 레이저 빔에 의해 실현됩니다. 레이저가 소재에 닿으면 해당 물체가 녹거나 증발할 정도로 가열됩니다. 모든 레이저 출력은 대개 0.5mm보다 더 작은 한 점에 모입니다. 이 곳에 열전도에 의해 분산되는 것보다 더 많은 열이 한 곳에 응축되면, 레이저 빔이 재료를 완전히 관통하게 됩니다. 절단 프로세스는 이렇게 진행됩니다. 다른 프로세스에서는 철판을 가공하기 위해 많은 힘이 필요한 거대한 공구를 사용하지만, 레이저 빔을 사용하면 직접적인 접촉 없이도 해결할 수 있습니다. 때문에 공구가 마모되지도 않을 뿐더러 재료가 변형되거나 손상되는 일이 없습니다.

레이저 절단의 장점

레이저 절단의 진행 과정

레이저 절단의 기반은 포커싱된 레이저 빔과 소재의 상호 작용입니다. 이 프로세스가 안전하고 정밀하게 진행될 수 있도록, 다음 그림에서 설명하는 레이저 빔과 그 주위에는 수많은 컴포넌트와 보조 도구가 사용됩니다.

Prinzip des Laserschneidens

  1. 포커싱 광학장치: 렌즈 및 미러 광학장치가 레이저 빔을 가공부에 포커싱합니다.
  2. 레이저 빔: 레이저 빔이 재료가 닿으면, 재료가 녹거나 증발할 때까지 가열됩니다.
  3. 절단 가스: 생성된 절단 용융물은 절단 가스에 의해 절단 홈에서 흐르게 됩니다. 가스는 레이저 빔과 같은 노즐을 통해 빠져나갑니다.
  4. 절단 홈: 레이저 절단에서 절단 엣지는 특유의 홈 패턴을 지닙니다. 절단 속도가 느린 경우 이 홈은 레이저 빔과 거의 평행하게 형성됩니다.
  5. 용융물: 레이저 빔 - 번들화된 레이저 광 -은 컨투어를 따라 발사되어 그 자리에서 재료를 녹입니다.
  6. 절단 정면: 재료에 형성된 절단 홈은 포커싱된 레이저 빔보다 아주 조금 더 넓습니다.
  7. 노즐: 레이저 빔과 절단 가스는 절단 노즐을 통해 재료에 닿게 됩니다.
  8. 절단 방향: 절단 헤드 또는 재료를 일정 방향으로 움직여 절단 홈을 만듭니다.

레이저 절단 분야의 다양한 활용성

Lasergeschnittenes Bauteil

버가 생기지 않습니다: 이 제품은 더 두꺼운 재료에서도 레이저 절단의 훌륭한 절단 품질을 보여줍니다.

CFRP 부품의 레이저 절단

섬유 강화 플라스틱은 경량 구조에 이상적인 소재입니다. 그러나 소재의 저항력을 극복하는 것은 레이저뿐 아니라 모든 공구의 도전입니다. 특히 시제품 제작 시 고객은 레이저 절단 공구의 속도와 유연성의 이점을 누릴 수 있습니다.

BrightLine fiber 샘플 파트

설치 단계 - 스테인레스 스틸에서 반사율이 높은 소재까지 - 레이저는 산업 분야에 쓰일 수 있는 모든 소재를 높은 품질로 가공할 수 있습니다.

Lasergeschnittene B-Säule

레이저는 자동차 산업에 쓰이는 B필러와 가틍 ㄴ열간 성형 부품을 빠르고 매끄럽게, 3차원으로 절단합니다.

Musterteile aus Buntmetallen

용융절단에서는 레이저를 사용하여 0.5mm 이하의 얇은 스테인레스 스틸 및 연강을 빠르고 경제적으로 절단합니다.

Lasergeschnittenes Hitzeschutzblech für Abgasanlagen

배기가스 시설에 쓰이는 방열판과 같이 3차원으로 형성된 부품도 레이저를 사용하면 정밀하고 완벽하게 절단됩니다.

Schneiden von sprödharten Materialien wie Glas mit dem Laser

유리와 같이 부서지기 어려운 재료도 레이저 절단 장비를 사용하면 쪼개는 작업이나 버 없이 빠른 속도로 매끄럽게 가공할 수 있습니다.

TruLaser 3030, Spiegelkante

BrightLine fiber는 세련된 특수 광학 장치, 유량이 최적화된 노즐, 기타 기술 혁신의 집합체입니다. 장점: 절단 엣지 품질이 높기 때문에 제품 제거 시 파트가 걸리지 않습니다.

Lasergeschnittene Küchenmessen

기계식 절단 프로세스와 비교하여, 레이저를 사용하면 절단 엣지를 후가공하지 않고도 가정용 나이프를 더 빨리 만들 수 있습니다.

TRUMPF 제품을 통한 마이크로 가공

단파 및 극초단 펄스 레이저는 밀리미터 단위 영역에서 선조 구조를 빠르고 경제적으로 절단해냅니다. 예를 들어 레이저로 절단된 시계침은 시계 산업에 쓰이거나, 레이저로 절단된 임플란트는 의료 기술에 사용됩니다.

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모든 레이저 프로세스를 한눈에

금속과 비금속 소재 절단에 대하여, 대부분의 경우 공통의 도구로 레이저를 먼저 선택할 것입니다. 레이저 빔은 거의 모든 컨투어를 빠르고 유연하게 절단합니다 - 더 세밀하고 복잡한 형태, 더 얇은 재료에도 문제 없습니다. 다양한 종류의 절단 가스와 압력은 가공 프로세스와 결과에 영향을 줍니다.

플레임 커팅

가스 절단에는 산소가 절단 가스로 사용됩니다. 산소는 최대 6bar의 압력으로 절단 홈으로 송풍됩니다. 산소는 절단 홈에서 금속 용융물을 태우고 산화시킵니다. 이러한 화학 반응으로 인해 방출되는 에너지는 레이저 빔의 작업을 지원합니다. 가스 절단은 높은 절단속도로 작업이 가능하며 두꺼운 철판 및 연강을 가공할 수 있습니다.

융합 절단

용융절단에서는 질수 및 아르곤이 절단 가스로 사용됩니다. 이 절단 가스는 2 ~ 20bar의 압력으로 절단 홈으로 밀려 들어가며, 가스 절단에서와는 다르게 절단 홈에서 금속 표면과 반응하지 않습니다. 이 절단 프로세스는 절단 엣지가 매끄럽고 산화되지 않으며, 후가공이 거의 필요하지 않다는 장점이 있습니다.

승화 절단

승화 절단은 주로 높은 품질의 절단 엣지를 필요로 하는 정밀 절단 작업에 사용됩니다. 이 프로세스에서는 레이저가 가급적 금속을 녹이지 않고 바로 증발(승화)시켜버립니다. 재료의 증기는 절단 홈에서 높은 압력을 생성하여 용융물이 위아래로 흘러넘칩니다. 프로세스 가스 - 산소, 아르곤 또는 헬륨 - 은 절단면을 주변 환경으로부터 차단하여 절단 엣지가 산화되지 않습니다.

정밀 절단

레이저 정밀 절단에서는 방출된 레이저 에너지로 인해 여러 개의 구멍들이 서로 이어져 50 ~ 90%까지 중첩되어 하나의 절단 홈을 형성합니다. 펄스 파장이 짧아 소재 표면에는 높은 펄스 피크 출력과 매우 높은 복사강도가 생성됩니다. 장점: 부품 발열이 매우 낮아 열 변형 없이 선조 부품을 절단할 수 있습니다.

레이저 절단 프로세스에 영향을 미치는 변수

초점 위치와 초점 직경

초점 위치는 복사강도와 재료의 절단 홈 형태에 영향을 줍니다. 초점 직경은 절단 홈 폭과 절단 홈 형태를 결정합니다.

레이저 출력

가공 한계점, 즉 재료가 녹기 시작하는 점을 초과하기 위해서 면적 당 일정량의 에너지가 필요합니다. 이 한계점은 다음과 같이 정의됩니다. 면적 당 에너지 = 복사강도 x 재료 반응 시간

노즐 직경

올바른 노즐을 선택하는 것은 파트 품질에 결정적인 요소입니다. 따라서 가스 분사 형태와 가스의 질량은 모두 노즐 직경에 의해 결정됩니다.

운전 모드

연속 모드 또는 펄스 - 운전 모드를 통해 레이저 에너지가 연속적으로 또는 간헐적으로 소재에 투입될지 여부를 제어합니다.

절단속도

각각의 절단 유형과 가공 소재에 따라 절단속도가 다르게 적용됩니다. 기본적으로 사용 가능한 레이저 출력이 클수록 절단속도가 빨라집니다. 또한 절단속도는 재료가 두꺼울수록 느려집니다. 각 소재에 대한 작업 속도가 너무 빠르거나 느리게 설정되었다면, 깊이가 너무 깊어지고 버가 형성됩니다.

편광도

거의 모든 CO2 레이저는 선형 편광된 레이저 광을 제공합니다. 컨투어가 절단되면 절단 방향에 따라 절단 결과가 변경됩니다. 절단 방향에 평행하게 움직이면 가장자리가 부드러워집니다. 빛이 절단 방향에 수직으로 움직이면 버가 생기기 때문에 직선 편광된 레이저 광은 일반적으로 원편광으로 변환됩니다. 편광도는 원하는 원편광이 얼마나 잘 이루어졌는지를 나타내는 척도로, 절단 품질을 결정하는 중요 요소입니다. 고체 레이저의 경우, 편광을 변경할 필요가 없습니다. 고체 레이저는 방향에 관계 없이 절단 결과를 제공합니다.

절단 가스와 절단 압력

각 절단 프로세스에 따라 다양한 프로세스 가스가 사용되며, 이는 각각 다른 압력으로 절단 홈에 투입됩니다. 예를 들어 아르곤과 질소를 절단 가스로 사용할 경우, 절단 홈에서 용단된 금속에 반응하지 않는다는 장점이 있습니다. 동시에 절단면을 주변 환경으로부터 차단합니다.

  

Laserschneiden mit TRUMPF Produkten

레이저 절단 및 레이저 보링

레이저는 다양한 절단 작업에 사용됩니다. 레이저는 매우 얇은 마이크로미터 단위의 반도체 칩에 적용되는 절단 홈에서부터 30mm 두께의 철판을 깨끗이 절단하는 데까지 이르는 모든 것을 해낼 수 있습니다. 레이저 천공 작업 시 레이저 빔은 직접적인 접촉 없이 금속, 플라스틱, 종이 및 암석에 정교하고 큰 구멍을 만듭니다.

레이저가 갖는 고유한 특징은 무엇일까요?

레이저 광은 매우 특수한 성질이 있기 때문에 도구로 사용될 수 있습니다:  그것은 바로 단색광이라는 것인데, 이는 즉 빛의 파동이 모두 같은 파장을 갖고 있다는 의미입니다. 또한 레이저 빔 안에서 빛의 파동이 모두 같은 박자로 진동하고(가간섭성), 모든 파동이 거의 평행한 수준으로 진행된다는 의미입니다. 때문에 빔은 약간의 질량만 확장됩니다. 재래식 광원과 비교해 레이저 빔의 복사강도는 매우 높습니다.

레이저가 제조툴에 적합한 이유는 무엇일까요?

마지막으로 레이저 빔이 형성되어 한데 모이면, 로소 레이저를 활용한 이상적인 제조 도구가 완성되는 것입니다. 다른 프로세스에서 철판을 가공하기 위해 막대한 에너지를 사용하여 거대한 공구를 작동하는 곳에서 레이저 빔을 사용하면 접촉 없이, 또 그로 인해 마모 없이 처리할 수 있습니다. 레이저는 매우 정교한 컨투어와 구조를 생성하고 필요한 위치만 선택적으로 재료를 가열할 수 있습니다. 재료의 다른 부분은 또는 전혀 열 부하를 받지 않거나 최소한의 부하만 받습니다. 유연한 공구를 사용하면 다양한 형태와 컨투어를 만들어낼 수 있습니다 - 이 모든 것을 하나의 기계로 실현합니다.

레이저를 사용한 절단 및 보링은 정확히 어떤 과정을 거치게 될까요?

재료 위에서 포커싱된 레이저 빔이 닿는 지점은 재료가 녹거나 증발할 정도로 가열됩니다. 빔이 물체를 완전히 관통하는 것으로 절단 프로세스가 시작됩니다. 레이저 빔은 부품의 컨투어를 따라 움직이고, 재료를 용단하면서 계속 나아갑니다. 대개 가스 흐름으로 인해 용융물은 절단 홈에서 아래로 흘러갑니다. 절단 홈은 포커싱된 레이저 빔보다 아주 조금 더 넓습니다. 레이저로 구멍을 뚫을 때, 단파 레이저 펄스가 높은 복사강도로 금속을 녹이고 증발시킵니다. 이 과정에서 생성된 높은 압력은 용융물을 구멍 밖으로 밀어냅니다.

다양한 종류의 절단 공정을 체험해 보시기 바랍니다.

본 주제에 흥미를 가질 수 있습니다.

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