레이저 커팅 101: 원리 및 고유 기능

레이저 커팅 원리

레이저 커팅 는 초점 렌즈를 사용하여 레이저 빔을 공작물 표면에 집중시켜 재료를 녹입니다. 동시에 레이저 빔과 동축으로 연결된 압축 가스가 용융된 재료를 날려버립니다. 레이저 빔과 공작물은 특정 경로를 따라 서로에 대해 상대적으로 이동하여 특정 모양의 절단을 생성합니다. 레이저 빔은 레이저의 원리 절단은 그림 1에 설명되어 있습니다.

1-레이저 발생기
2-레이저 빔
3-반사 거울
4초점 렌즈
5-어시스트 가스
6-노즐
7-워크피스

레이저 커팅의 분류

레이저 커팅 레이저 융합 절단, 레이저 기화 절단, 레이저 산소 절단, 제어 골절이 있는 레이저 스크라이빙의 네 가지 범주로 분류할 수 있습니다.

레이저 퓨전 커팅

레이저 심용입 용접과 마찬가지로 레이저 융착 절단은 레이저 가열을 사용하여 금속 재료를 녹입니다. 그 후 레이저 빔과 동축으로 연결된 노즐을 통해 비산화 가스(예: Ar, He, N 등)를 분사하여 액체 금속을 날려버리고 절단면을 형성합니다.

레이저 융착 절단은 주로 쉽게 산화되지 않는 재료를 절단하거나 활성 물질을 절단하는 데 사용됩니다. 금속스테인리스 스틸, 티타늄 및 티타늄 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금과 같은 소재를 사용합니다.

레이저 기화 절단

이 방법은 고출력 밀도 레이저 빔을 사용하여 공작물 표면을 가열하여 매우 짧은 시간 내에 온도를 재료의 끓는점까지 빠르게 상승시킵니다. 재료는 빠르게 기화하기 시작하여 일부는 수증기로 변하고 나머지는 액체 및 고체 입자를 형성하여 절단면 바닥에서 날아가면서 절단면을 만듭니다.

레이저 기화 절단은 일반적으로 매우 얇은 금속 재료와 종이, 직물, 목재, 플라스틱 및 고무와 같은 비금속 재료에 사용됩니다.

레이저 산소 절단

레이저 산소 절단 원리는 옥시 아세틸렌 절단과 유사합니다. 레이저 빔은 예열 열원 역할을 하고 산소 및 기타 활성 가스는 절단 가스로 사용됩니다. 분사된 가스는 절단 금속과 상호 작용하여 다량의 열을 방출하는 산화 반응을 일으켜 다음 금속 층을 가열하고 계속 산화되도록 합니다. 동시에 용융된 산화물과 용융된 재료가 반응 영역 밖으로 날아가면서 절단면을 형성합니다.

레이저 산소 절단은 절단 과정에서 산화 반응으로 인해 상당한 열이 발생하기 때문에 레이저 용융 절단에 비해 절반의 에너지만 필요합니다. 또한 절단 속도 는 레이저 기화 절단 및 레이저 융합 절단보다 훨씬 빠릅니다.

레이저 산소 절단은 철 기반 합금, 티타늄, 알루미늄 등 비철 금속 재료 중에서도 산화될 수 있는 재료에 적합합니다.

제어된 골절이 있는 레이저 스크라이빙

레이저 스크라이빙은 고에너지 밀도 레이저 빔으로 깨지기 쉬운 재료의 표면을 스캔하여 작은 홈 또는 일련의 작은 구멍을 만드는 것입니다. 일정한 압력을 가하면 깨지기 쉬운 재료가 홈이나 구멍을 따라 균열이 생깁니다. 제어 파손은 레이저 빔을 사용하여 홈을 가열하여 취성 재료에 국부적인 열 응력을 생성하여 홈을 따라 파손을 유도합니다.

파절이 제어된 레이저 스크라이빙은 석재, 세라믹, 유리, 주철과 같은 부서지기 쉬운 재료를 절단하는 데 적합합니다.

레이저 커팅의 특성

장점:

고품질 커팅

작은 레이저 빔 스팟과 집중된 에너지로 공작물 열 변형을 최소화하여 좁은 커프(일반적으로 폭 0.10-0.20mm), 매끄러운 절단 표면, 버나 슬래그 없음, 일반적으로 나타나는 모서리 붕괴를 방지할 수 있습니다. 전단를 사용하여 2차 처리가 필요하지 않습니다.

빠른 절단 속도와 높은 정밀도

레이저 빔의 작은 스폿 크기와 집중된 에너지 덕분에 와이어 절단보다 훨씬 빠른 최대 10m/min의 절단 속도를 구현할 수 있습니다.

공작물에 손상을 주지 않음

레이저 커팅은 비접촉 커팅 방식으로 작업물 표면과의 접촉이 없고 소음이 적으며 오염을 최소화합니다.

재료의 경도 및 모양에 영향을 받지 않음

레이저 절단은 경도에 관계없이 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 경질 합금과 같은 재료를 가공할 수 있으며 얇고 작은 두께의 파이프 및 기타 불규칙한 프로파일 절단을 포함하여 원하는 모든 모양을 만들 수 있습니다.

비금속 재료 처리 기능

여기에는 플라스틱, 목재, PVC, 가죽, 직물, 유기농 유리가 포함됩니다.

재료 및 비용 절감

전체 시트 네스팅과 맞춤형 커팅으로 인건비와 재료비를 절감할 수 있습니다.

신제품 개발 가속화

제품 설계가 완료되면 레이저 가공을 통해 즉시 실제 제품을 생산할 수 있습니다.

단점:

(1) 레이저 출력 및 장비 크기에 따라 레이저 절단은 중소 두께의 판재 및 파이프 절단에만 적합하며 두께가 증가함에 따라 절단 속도가 크게 감소합니다.

(2) 높은 장비 비용과 상당한 초기 투자 비용.

레이저 커팅의 응용 분야

레이저 커팅은 다양한 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다. 자동차 제조 부문에서 3차원 레이저 절단기는 자동차 프로토타입 생산과 소량 생산에 널리 사용됩니다. 알루미늄 및 스테인리스 스틸과 같은 일반적인 박판 및 스트립의 레이저 절단은 최대 10m/min의 절단 속도를 달성하여 생산 준비 주기를 크게 단축하고 유연한 작업장 생산을 가능하게 합니다.

항공우주 산업에서 레이저 절단은 주로 티타늄 합금, 알루미늄 합금, 니켈 합금, 크롬 합금, 베릴륨 산화물 및 복합 재료와 같은 특수 항공우주 소재를 절단하는 데 사용됩니다. 레이저 커팅으로 가공되는 항공우주 부품에는 엔진 화염 튜브, 얇은 벽의 티타늄 합금 케이스, 항공기 프레임, 티타늄 스킨, 날개 스파, 꼬리 날개 패널, 헬리콥터 메인 로터 블레이드 등이 있습니다.

레이저 절단 기술은 비금속 재료 분야에서도 광범위하게 적용되어 질화규소, 세라믹, 석영과 같은 경도가 높고 부서지기 쉬운 재료는 물론 직물, 종이, 플라스틱 시트, 고무와 같은 유연한 재료도 절단할 수 있습니다. 예를 들어, 의류 생산에서 의류 네스팅에 레이저를 사용하면 10%에서 20%의 원단을 절약하고 생산성을 3배 이상 높일 수 있습니다.