레이저 커팅에 대한 기본 지식

1970년대 초에 레이저는 절단에 처음 사용되었습니다. 현대 산업 생산에서 레이저 절단은 판금, 플라스틱, 유리, 세라믹, 반도체, 섬유, 목재 및 종이 재료 가공에 더 널리 사용됩니다.

레이저 커팅

초점이 맞춰진 레이저 빔이 작업물에 비추면 조명된 영역이 급격히 가열되어 재료가 녹거나 증발합니다. 레이저 빔이 작업물에 침투하면 절단 프로세스가 시작됩니다. 레이저 빔은 재료를 녹이는 동안 윤곽을 따라 이동합니다. 제트 스트림은 일반적으로 용융물을 절단부에서 날려 보내는 데 사용되며, 절단 섹션과 프레임 사이에 초점이 맞춰진 레이저 빔과 거의 같은 좁은 간격이 남습니다.

화염 절단

화염 절단은 산소를 절단 가스로 사용하여 저탄소강을 절단하는 표준 공정입니다. 산소는 최대 6bar까지 가압되어 절개 부위에 불어넣어집니다. 그곳에서 가열된 금속은 산소와 반응합니다. 즉, 연소하고 산화되기 시작합니다. 화학 반응은 대량의 에너지(레이저 에너지의 최대 5배)를 방출하여 레이저 빔이 절단하는 데 도움을 줍니다.

퓨전 커팅

용융 절단은 금속을 절단할 때 사용되는 또 다른 표준 공정입니다. 세라믹과 같은 다른 융착성 소재를 절단하는 데에도 사용할 수 있습니다.

절단 가스로는 질소 또는 아르곤 가스를 사용하고, 2~20bar의 가스 압력을 절개 부위에 불어넣습니다. 아르곤과 질소는 불활성 가스로, 절단 부위의 용융 금속과 반응하지 않고, 단순히 바닥으로 날려보냅니다. 동시에, 불활성 가스는 절단 날을 공기 산화로부터 보호할 수 있습니다.

압축공기 절단

압축 공기는 판금을 절단하는 데에도 사용할 수 있습니다. 5~6bar의 공기 가압은 절개 부위의 용융 금속을 날려버리기에 충분합니다. 공기의 약 80%가 질소이므로 압축 공기 절단은 기본적으로 용융 절단입니다.

플라스마 지원 절단

매개변수를 적절히 선택하면 플라즈마 지원 용융 절단 절개에 플라즈마 구름이 나타납니다. 플라즈마 구름은 이온화된 금속 증기와 이온화된 절단 가스로 구성됩니다. 플라즈마 구름은 CO2 레이저의 에너지를 흡수하여 작업물로 변환하여 더 많은 에너지를 작업물에 결합하고 재료가 더 빨리 용융되어 더 빠른 절단이 가능합니다. 따라서 이 절단 공정을 고속 플라즈마 절단이라고도 합니다.

플라즈마 구름은 실제로 고체 레이저에 비해 투명하므로, 플라즈마 지원 용융 절단은 CO2 레이저로만 가능합니다.

가스화 절단

가스화 절단은 재료를 증발시키고 주변 재료에 대한 열 효과를 최소화합니다. 이는 연속 CO2 레이저를 사용하여 얇은 플라스틱 필름 및 목재, 종이, 폼과 같은 용융되지 않는 재료와 같이 열 증발이 적고 흡수율이 높은 재료를 처리하여 달성할 수 있습니다.

초단 펄스 레이저는 이 기술을 다른 재료에 적용할 수 있게 해줍니다. 금속의 자유 전자는 레이저를 흡수하고 격렬하게 가열됩니다. 레이저 펄스는 용융 입자 및 플라즈마와 반응하지 않으며 재료는 직접 승화되어 주변 재료로 열의 형태로 에너지를 전달할 시간이 없습니다. 피코초 펄스가 재료를 절제할 때 명확한 열 효과는 없으며 용융 및 버 형성도 없습니다.

매개변수: 프로세스 조정

레이저 절단 공정에는 많은 변수가 영향을 미치는데, 그 중 일부는 레이저와 공작 기계의 기술적 성능에 따라 달라지고, 다른 변수는 가변적입니다.

편광도

편광도는 레이저 광의 몇 퍼센트가 변환되었는지를 나타냅니다. 일반적인 편광도는 약 90%입니다. 이는 고품질 절단에 충분합니다.

초점 직경

초점 직경은 절개 폭에 영향을 미치며 초점 거울의 초점 길이를 변경하여 변경할 수 있습니다. 초점 직경이 작을수록 절개 폭이 좁아집니다.

초점 위치

초점 위치는 작업물 표면의 빔 직경과 전력 밀도, 그리고 절개 모양을 결정합니다.

레이저 파워

레이저 출력은 가공 유형, 재료 유형 및 두께와 일치해야 합니다. 출력은 작업물의 출력 밀도가 가공 임계값을 초과할 만큼 높아야 합니다.

작업 모드

연속 모드는 주로 밀리미터에서 센티미터 크기의 기계 가공된 재료의 표준 프로파일을 절단하는 데 사용됩니다. 천공을 녹이거나 정밀한 프로파일을 생성하기 위해 저주파 펄스 레이저가 사용됩니다.

절단 속도

레이저 파워와 절단 속도는 서로 일치해야 합니다. 너무 빠르거나 너무 느리게 절단하면 거칠기와 버 형성이 증가합니다.

노즐 직경

노즐의 직경은 노즐에서 흘러나오는 가스의 흐름 속도와 모양을 결정합니다. 재료가 두꺼울수록 가스 제트의 직경이 커지고, 그에 따라 노즐 개구부의 직경도 커야 합니다.

가스 순도 및 압력

산소와 질소는 종종 절단 가스로 사용됩니다. 가스의 순도와 압력은 절단 효과에 영향을 미칩니다.

산소 화염 절단을 사용할 경우 가스 순도는 99.95%에 도달해야 합니다. 강철판이 두꺼울수록 사용되는 가스 압력은 낮아집니다.

질소 용융 절단 시 가스 순도는 99.995%(이상적으로는 99.999%)에 도달해야 하며, 두꺼운 강판을 용융, 절단할 때는 더 높은 공기압이 필요합니다.

기술 매개변수 목록

레이저 커팅의 초기 단계에서는 사용자가 테스트 실행을 통해 가공 매개변수 설정을 직접 결정해야 합니다. 성숙한 가공 매개변수는 이제 커팅 시스템의 제어 장치에 저장됩니다. 각 재료 유형과 두께에 대해 해당 데이터가 있습니다. 기술 데이터 시트를 사용하면 이 기술에 익숙하지 않은 사람도 레이저 커팅 장비를 원활하게 작동할 수 있습니다.

레이저 절단 품질 평가 요소

레이저 절단 모서리의 품질을 결정하는 데는 여러 가지 기준이 있습니다. 버 형태, 움푹 들어간 부분, 곡물과 같은 기준은 육안으로 판단할 수 있습니다. 수직성, 거칠기 및 절개 폭은 특수 기구로 측정합니다. 재료 증착, 부식, 열 영향 영역 및 변형도 레이저 절단의 품질을 측정하는 데 중요한 요소입니다.

넓은 전망

레이저 절단의 지속적인 성공은 다른 대부분의 가공 방법으로는 달성하기 어렵습니다. 이러한 추세는 오늘날에도 계속되고 있습니다. 미래에는 레이저 절단의 적용 전망이 점점 더 넓어질 것입니다.