레이저 커팅 품질에 영향을 미치는 4가지 요인 분석

레이저 절단 기술은 기존의 옥시 아세틸렌 및 플라즈마 절단 공정에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 여기에는 더 빠른 절단 속도, 더 좁은 커프 폭, 더 작은 열 영향 영역(HAZ), 향상된 절단 모서리 직각도, 더 매끄러운 절단 표면이 포함됩니다. 이러한 이점은 정밀도 향상, 재료 낭비 감소, 부품 품질 개선에 기여합니다.

의 다양성 레이저 커팅 는 다양한 재료에 적용이 가능하기 때문에 다양한 산업 분야에서 선호되는 방법입니다. 자동차 제조, 기계 생산, 발전 장비, 하드웨어 제작, 전기 제품 제조 등 다양한 분야에 적용됩니다. 레이저 커팅이 이처럼 널리 채택된 것은 다양한 재료를 높은 효율과 정밀도로 가공할 수 있는 레이저 커팅의 능력 덕분입니다.

최신 레이저 절단기는 첨단 광학, 정밀 기계, 정교한 전자 장치가 결합된 통합 기술의 결정체입니다. 이러한 여러 분야의 시너지 효과로 까다로운 산업 분야에 필요한 높은 성능과 정확성을 구현할 수 있습니다.

레이저 커팅의 효율성과 품질은 몇 가지 주요 요소의 직접적인 영향을 받습니다:

1. 레이저 빔 매개변수(파장, 모드, 출력 밀도)
2. 머신 성능(가속도, 위치 정확도, 진동 제어)
3. CNC 시스템 기능(처리 속도, 모션 제어 알고리즘)

절단 정확도는 CNC 레이저 절단기의 품질을 평가하는 주요 기준입니다. 최적의 절단 품질을 달성하려면 몇 가지 중요한 요소를 신중하게 제어하고 최적화해야 합니다:

1. 절단 속도: 열 입력 및 재료 제거율에 영향을 미칩니다.
2. 초점 위치: 절단 지점의 에너지 밀도 결정
3. 보조 가스: 용융물 배출 및 산화 방지에 영향을 미칩니다.
4. 레이저 출력 전력: 에너지 입력 및 절단 기능 제어
5. 공작물 특성: 재료 특성은 레이저와 재료의 상호작용에 영향을 미칩니다.

이러한 각 요소는 최종 컷 품질을 결정하는 데 중요한 역할을 하며, 다음 섹션에서 자세히 분석하여 다양한 재료 및 컷 시나리오에 대한 최적화에 대한 통찰력을 제공합니다.

1. 레이저 절단기의 절단 품질에 영향을 미치는 요인 중 하나: 레이저 출력 전력

그리고 레이저 절단기 는 연속파 출력 레이저 빔을 통해 에너지를 생성합니다. 레이저 출력과 모드 선택은 모두 절단 품질에 큰 영향을 미칩니다.

실제 작업에서 작업자는 일반적으로 더 두꺼운 재료를 수용하기 위해 출력을 높입니다. 더 높은 출력 레벨에서는 빔 모드(빔의 단면에 걸친 에너지 분포)가 점점 더 중요해집니다.

최대 출력 이하로 작동할 때 빔에 초점을 맞추면 출력 밀도가 높아져 절단 품질이 향상됩니다. TEM00(횡전자기 모드) 가우시안 빔 프로파일은 집중된 에너지 분포와 최소한의 발산으로 선호되는 경우가 많습니다.

레이저의 유효 작동 수명 내내 빔 모드가 일정하지 않다는 점에 유의해야 합니다. 여러 가지 요인이 모드 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다:

1. 광학 요소의 상태: 미러, 렌즈 또는 빔 전달 구성 요소의 성능 저하 또는 정렬 불량으로 인해 빔의 특성이 변경될 수 있습니다.
2. 레이저 작동 가스 혼합물의 미세한 변화: 특히 CO2 레이저에서 가스 구성의 변화는 빔 품질과 모드에 영향을 미칠 수 있습니다.
3. 유량 변동: 가스 흐름 또는 냉각 시스템의 불일치로 인해 열 렌즈 효과가 발생하여 빔 모드에 영향을 미칠 수 있습니다.
4. 공진기 정렬: 공진기 지오메트리의 사소한 변화도 모드 구조에 영향을 줄 수 있습니다.
5. 전원 공급 안정성: 전기 입력의 변동으로 인해 모드가 불안정해질 수 있습니다.

레이저 시스템의 작동 수명 내내 일관된 절단 품질을 유지하려면 이러한 요소를 정기적으로 모니터링하고 유지보수하는 것이 필수적입니다.

2. 레이저 절단기의 절단 품질에 영향을 미치는 두 번째 요소: 초점 위치 조정

레이저 절단 작업에서 최적의 절단 품질을 보장하려면 공작물 표면에 대한 초점의 정확한 위치가 중요합니다.

일반적으로 절단 공정에서 초점은 공작물 표면에 직접 또는 약간 아래에 위치합니다. 전체 절단 공정에서 초점과 공작물 사이의 상대적 위치를 일정하게 유지하는 것은 안정적이고 고품질의 결과를 얻기 위해 필수적입니다.

초점 위치가 최적화되면 몇 가지 이점이 관찰됩니다:

1. 더 좁은 커프 폭
2. 절단 효율성 향상
3. 품질 저하 없는 더 빠른 절단 속도

대부분의 산업용 애플리케이션에서 레이저 빔 초점은 노즐 출구 바로 아래에 위치하도록 조정됩니다. 노즐과 공작물 표면 사이의 스탠드오프 거리는 일반적으로 약 1.5mm로 유지되지만, 특정 응용 분야와 재료에 따라 달라질 수 있습니다.

포커싱된 레이저 빔의 스폿 크기는 포커싱 렌즈의 초점 거리에 정비례합니다. 이 관계는 다양한 절단 시나리오에 중요한 영향을 미칩니다:

1. 짧은 초점 거리 렌즈:

• 매우 작은 스팟 크기 생성
• 초점에서 매우 높은 전력 밀도 생성
• 재료 절단, 특히 얇은 시트 절단에 이상적
• 초점 심도가 제한적이고 조정 허용 오차가 작습니다.
• 얇은 재료의 고속 절단에 가장 적합

1. 초점 거리가 긴 렌즈:

• 더 넓은 초점 깊이 제공
• 더 넓은 면적에 충분한 전력 밀도 제공
• 두꺼운 공작물 절단에 더 적합
• 더 큰 조정 허용 오차 허용

단초점 렌즈와 장초점 렌즈 중 선택은 특정 용도, 재료 두께, 원하는 절단 특성에 따라 달라집니다. 작업자는 효율성과 품질을 극대화하기 위해 레이저 절단 공정을 최적화할 때 이러한 요소를 고려해야 합니다.

3. 레이저 절단기의 절단 품질에 영향을 미치는 세 번째 요소: 절단 속도

레이저 커팅 공정에서 절단 속도는 레이저 출력 밀도에 정비례합니다. 출력 밀도를 높이면 절단 속도가 빨라져 생산성과 절단 품질에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

재료의 밀도(비중)와 두께가 증가할수록 달성 가능한 절단 속도는 감소하는 반비례 관계에 있습니다. 이 상관관계는 다양한 재료와 두께에 대한 절단 매개변수를 최적화하는 데 매우 중요합니다.

다른 매개변수를 일정하게 유지하면서 절단 속도를 개선하기 위해 몇 가지 전략을 사용할 수 있습니다:

1. 레이저 출력을 높입니다: 최적의 범위(일반적으로 500~2000W) 내에서 출력을 높이면 더 빠르게 절단할 수 있습니다. 하지만 출력 증가와 열 영향 구역(HAZ) 고려 사항의 균형을 맞추는 것이 중요합니다.
2. 빔 모드 향상: 고차 모드에서 저차 모드로 전환하여 궁극적으로 기본 TEM00 모드를 목표로 하면 절단 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이 모드는 가장 높은 전력 밀도와 초점 기능을 제공합니다.
3. 초점 스팟 크기를 줄입니다: 초점 거리가 짧은 렌즈를 사용하면 초점 스팟 크기를 줄여 레이저 에너지를 집중시키고 더 빠르게 절단할 수 있습니다. 하지만 초점 깊이가 줄어들 수 있으므로 더 정밀한 Z축 제어가 필요합니다.
4. 초기 증발 에너지가 낮은 재료를 선택합니다: 플라스틱 및 아크릴(PMMA)과 같은 재료는 절단 공정을 시작하는 데 필요한 에너지가 적기 때문에 다음과 비교하여 더 빠른 속도를 낼 수 있습니다. 금속.
5. 저밀도 재료를 선택하세요: 백송이나 특정 폴리머와 같은 재료는 밀도가 낮아 기화하거나 녹이는 데 필요한 에너지가 적기 때문에 더 빨리 절단할 수 있습니다.
6. 얇은 소재에 최적화: 재료가 얇을수록 레이저 빔이 재료를 더 적게 관통해야 하므로 일반적으로 절단 속도가 빨라집니다.

이러한 요소는 서로 연관되어 있으며 절단 속도를 최적화하려면 재료 특성, 원하는 절단 품질, 레이저 절단 시스템의 특정 기능을 고려한 전체적인 접근 방식이 필요한 경우가 많다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

4. 레이저 절단기의 절단 품질에 영향을 미치는 네 번째 요소: 보조 가스 압력

보조 가스는 레이저 절단 공정에서 중요한 역할을 하며, 절단 품질과 효율성을 결정하는 데 있어 압력이 중요한 요소입니다. 가스는 레이저 빔과 동축으로 전달되어 다양한 용도로 사용됩니다:

1. 렌즈 보호: 초점 렌즈가 연기와 이물질에 의해 오염되지 않도록 보호합니다.
2. 슬래그 제거: 가스 흐름이 용융된 재료와 슬래그를 커프에서 배출하여 깨끗한 절단을 보장합니다.
3. 열 관리: 비금속 및 일부 금속 재료의 경우, 압축 공기 또는 불활성 가스(예: 질소, 아르곤)를 사용하여 절단 영역을 냉각하고 과도한 연소를 방지합니다.
4. 산화 지원: 대부분의 금속을 절단할 때 활성 가스(주로 산소)를 사용하여 가열된 금속과 발열 반응을 일으킵니다. 이 반응은 추가적인 열을 발생시켜 절단 속도를 30~50%까지 높일 수 있습니다.

가스 압력 최적화는 필수적이며 재료 및 절단 매개변수에 따라 달라집니다:

• 얇은 재료를 고속으로 절단하려면 절단면의 드로스 부착을 방지하기 위해 더 높은 가스 압력이 필요하며, 이로 인해 가장자리 품질이 저하될 수 있습니다.
• 재료가 두껍거나 절단 속도가 느린 경우 일반적으로 절단 품질을 유지하고 과도한 산화를 방지하기 위해 가스 압력을 낮추는 것이 더 적합합니다.
• 플라스틱을 절단할 때 가스 압력을 낮추면 가장자리 프로스팅과 열 왜곡을 완화하는 데 도움이 됩니다.

최적의 가스 압력은 재료 유형, 두께, 절단 속도, 원하는 가장자리 품질과 같은 요소를 신중하게 실험하고 고려하여 결정해야 합니다. 최신 레이저 커팅 시스템은 다양한 커팅 조건에서 성능을 최적화하기 위해 적응형 가스 압력 제어 기능을 갖추고 있는 경우가 많습니다.