레이저 가공의 가공 원리와 CO2, YAG, 파이버 레이저에 대한 해설

레이저 가공의 가공 원리와 CO2, YAG, 파이버 레이저에 대한 해설

레이저 가공은 빛의 에너지를 렌즈로 모아

금속을 녹이는 제거 가공의 하나입니다.

지금까지의 절삭 가공으로는 어려웠었던  초경합금 등의 '난삭재'나

세라믹 등 '경취재'의 미세가공 을 비롯하여 판금 절단 가공에도 널리 사용되고 있습니다.

이 포스팅에서는, 레이저 가공의 원리부터, 흔히 볼 수 있는

「CO2」 「YAG」 「파이버」레이저의 차이까지 해설하고 있습니다.

 

2024.01.14 - 제관가공이란 어떤 것 일까? 공정이나 판금가공과의 차이를 해설한다

 

 

레이저 가공은 어떤 가공?

레이저 가공은 빛의 에너지를 렌즈로 모아 금속을 녹이는 가공 방법입니다.

햇빛을 돋보기로 모아 종이를 태우는 것과 같은 원리로 

금속을 용해 온도까지 달구어 절단합니다.

렌즈를 사용하고, 빛을 φ0.1mm 정도의 작은 스팟으로 좁힘으로써 

높은 에너지를 출력 할 수 있습니다.

(빛을 반사하기 쉬운 워크의 가공에는 적합하지 않습니다)

 

절삭이나 프레스 가공에 비해 밀링이나 금형 등의 공구를 

사용하지 않기 때문에 공구의 마모나 교환이 필요 없습니다.

레이저 궤적을 NC로 움직이면 복잡한 모양 절단이나 낭비 없는 부품 제거 프로그램이 가능합니다.

가공에는 'NC 레이저 가공기'가 사용됩니다.

 

레이저 가공 용도

레이저 가공에서는 절단뿐만 아니라 레이저의 출력이나 

조사 시간을 조정함으로써 정밀한 구멍 뚫기나 마킹 등에도 사용되고 있습니다.

 

레이저 가공의 주요 용도

레이저 절단
레이저 홀 가공
레이저 미세 홀 가공
레이저 용접
레이저 마킹
레이저 절단

레이저 가공에 의해 판금 등의 판재를 절단합니다.

워크에 무리한 힘이 들지 않기 때문에 박판의 정밀 절단이나, 

「누구」 「버들」이 없는 깨끗한 절단이 가능합니다.

「탈렛 펀치 프레스」나 「셔링 머신」으로는 어려운, 

10mm 이상의 후판 절단도 할 수 있습니다.
(철강에서는 약 12mm의 판 두께까지 절단이 가능합니다)

자동차 패널과 정밀 부품 등 다양한 업계에서 사용되고 있습니다.

레이저 구멍 뚫기

레이저 가공으로 금속에 구멍을 뚫습니다.

레이저를 한 점에 집광해 드릴처럼 구멍을 뚫는 '퍼커션'과

레이저광으로 원형으로 궤적을 그려내는 '트레퍼닝'이 있습니다.

절삭과 비교하여 공구를 워크에 밀어 넣을 때의 반력이 없기 때문에 

의료기기 등의 미세 부품도 정밀도 좋게 가공할 수 있습니다.

레이저 미세 홀 가공

레이저 가공으로 금속에 미세 구멍을 뚫습니다.
홀 가공으로는 할 수 없었던 'φ0.01mm'의 미세한 구멍을 뚫을 수 있습니다.

프린트 기판의 정밀 실장이나, 정밀 부품의 가공에 사용되고 있습니다.

 

레이저 용접

레이저 가공 용해열을 이용하여 용접.
자동차 바디를 비롯하여 엔진 부품이나 루프 등의 용접에 사용되고 있습니다.

용접에 비해 제어가 쉽고 정밀한 용접이 가능합니다.

 

레이저 마킹

레이저 가공 용해열을 이용하여 금속 표면에 마킹을 합니다.
제품의 시리얼 각인이나 로고 조각에 사용되고 있습니다.

 

레이저 가공 원리

레이저(LASER)는, Light Amplilication by Stimulated Emission of Radiation의 축약어입니다.
유도 방출에 의한 빛증폭'이라는 의미가 있으며, 그 원리에서 명명되었습니다.

대표적인 'CO2 레이저'의 예를 바탕으로 해설합니다.

1.유도 방출
레이저 발진기 안의 전자에 에너지를 더해 광에너지를 방출시킵니다.
(레이저 발진기에는 CO2 등의 탄산가스가 봉입되어 있습니다)

2. 광증폭
방출한 광에너지를 레이저 발진기 내 미러로 반복 반사.
빛 에너지에 부딪힌 다른 전자들이 더욱 빛 에너지를 방출하면서 점차 큰 에너지가 됩니다.

3.방출
레이저 발진기의 한쪽에서 증폭된 강력한 빛(레이저광)을 방출.
반사 미러와 렌즈를 사용하여 가공면에 빛의 초점을 연결하여 열에너지를 집중시킵니다.

XY 테이블을 NC로 움직여 원하는 모양으로 절단합니다.

가공 시에는 어시스트 가스라고 불리는 고압가스를 분사하여 

스퍼터(비산물)에 의한 렌즈의 파손이나 증발가스에 의한 인화를 방지합니다.

 

레이저 가공의 종류와 'NC 레이저 가공기'

레이저 가공은, 사용하는 매질에 의해서, 용도나 출력이 바뀝니다.
매질은 '레이저를 중개하는 물질'로 기체나 고체인 것이 있습니다.

 

레이저 가공기:

레이저 가공기(레이저 가공기)는 레이저에 의해 다양한 소재에 

조각·절단·구멍뚫기·마킹 가공을 하는 공작기계이다.

레이저광을 절삭이나 절단가공에 이용함으로써 

종래의 칼날이나 절삭기구를 이용하여도 불가능한 기계가공을 행할 목적으로 개발된 공작기계이다.

CO2 레이저
YAG레이저(야그레이저)
섬유 레이저
엑시머 레이저

 

CO2 레이저 가공

매질에 기체의 '탄산가스'를 사용한 레이저 가공입니다.

발진기에서 발생시킨 레이저광을 반사 미러와 렌즈를 사용하여 가공점까지 유도합니다.
달리기 비용이 낮고 가공 속도가 빠르기 때문에 

판금 절단이나 미세 구멍 뚫기 용도로 널리 보급되고 있습니다.

가공에는 'CO2 레이저 가공기'가 사용됩니다.
레이저 파장으로 인한 실명을 방지하는 '노란 들여다보기 창'이 특징입니다.

 

YAG 레이저 가공(야그 레이저 가공)

매질에 고체의 「인조 결정」을 사용한 레이저 가공입니다.

미러 대신 광섬유를 사용하여 에너지를 가공점까지 유도.
레이저 용접 등 고출력 레이저 가공에 사용됩니다.

가공에는 'YAG 레이저 가공기'가 사용됩니다.

 

섬유 레이저 가공

매질에 고체의 「광섬유」를 사용한 레이저 가공입니다.

길쭉한 광섬유 케이블 안에서 광에너지를 증폭시킴으로써 높은 출력을 발휘합니다.

미러나 렌즈가 필요 없어 케이블의 취급이 좋고, 

에너지를 가공점까지 자유롭게 유도할 수 있습니다.

 

 

콤팩트하고 고출력이기 때문에 산업용 로봇과의 조합에 의한, 

3차원 용접이나, 자동차용의 「하이텐재(고장력 강판)」의 절단에 사용됩니다.

가공에는 '파이버 레이저 가공기'가 사용됩니다.

 

엑시머 레이저 가공

엑시머 레이저는 「Excited Dimer Laser」의 약자로, 

매질에, 할로겐등의 혼합 가스를 사용한 고에너지의 자외선 레이저입니다.

CO2 레이저와 비교하여 레이저 조사 주위에 열이 발생하지 않기 때문에 미세 가공이 가능합니다.
반도체 패널 제조 및 의료 수술 레이저 메스 등에도 사용되고 있습니다.

 

 

 

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