레이저 빔 가공이란?- 유형 및 작업

레이저 빔 가공이란?

레이저 빔 가공(LBM)은 레이저 빔에서 전달되는 열을 사용하는 가공의 한 형태입니다. 이 프로세스는 열 에너지를 사용하여 금속 또는 비금속 표면에서 재료를 제거합니다. 단색광의 고주파수가 표면에 떨어지면 광자의 충돌로 인해 재료의 가열, 용융 및 기화가 발생합니다.

레이저 빔 가공은 전도성이 낮은 취성 재료에 가장 적합하지만 대부분의 재료에 사용할 수 있습니다.

레이저 빔 가공은 표면을 녹이지 않고 유리에 수행할 수 있습니다. 감광성 유리를 사용하면 레이저가 유리의 화학 구조를 변경하여 선택적으로 에칭할 수 있습니다. 유리는 사진 가공 유리라고도 합니다.

광가공 유리의 장점은 수직 벽을 정확하게 생성할 수 있고 천연 유리는 유전자 분석용 기질과 같은 많은 생물학적 응용 분야에 적합하다는 것입니다.

 

레이저 빔 가공의 정의

레이저 빔 가공은 레이저 광에 의해 작업이 수행되는 비전통적인 가공 방법입니다. 레이저 광은 공작물에 최대 온도 타격을 가합니다. 고온으로 인해 공작물이 녹습니다. 이 공정은 금속 표면에서 재료를 제거하기 위해 열 에너지를 사용했습니다.

 

레이저의 종류

기체 레이저, 고체 레이저, 엑시머 등 다양한 유형의 레이저가 있습니다.

가장 일반적으로 사용되는 가스 중 일부는 다음으로 구성됩니다. He-Ne, Ar 및 이산화탄소 레이저.

고체 레이저는 희귀 원소를 다양한 호스트 재료에 도핑하여 설계되었습니다. 가스 레이저와 달리 고체 레이저는 플래시 램프 또는 아크 램프에 의해 광학적으로 펌핑됩니다. Ruby는 이러한 유형의 레이저에서 자주 사용되는 호스트 재료 중 하나입니다.

루비 레이저는 레이저 매체가 합성 루비 결정인 고체 레이저 유형입니다. 합성 루비 막대는 활성 레이저 매체로 사용되기 전에 크세논 플래시 튜브를 사용하여 광학적으로 펌핑됩니다.

YAG는 고체 레이저에 사용되는 결정인 이트륨 알루미늄 가넷의 약어이고 Nd: YAG는 고체 레이저에서 레이저 매개체로 사용되는 네오디뮴이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 결정을 나타냅니다.

YAG 레이저는 높은 에너지를 가진 파장의 광파를 방출합니다. Nd: 유리는 파이버 레이저에 사용되는 규산염 또는 인산염 물질로 만들어진 네오디뮴 도핑 이득 매체입니다.

 

레이저 빔 가공 부품

1. 전원 공급 장치
레이저에는 고전압이 필요합니다. 전자를 빠져나가기 위해 시스템에 전원이 공급됩니다. 전원이 공급되면 전자는 작동할 준비가 된 들뜬 상태가 됩니다.

2. 플래시 램프
플래시 램프는 매우 짧은 시간 동안 백색광과 일관된 빛을 제공하는 데 사용됩니다.

3. 커패시터
일반적으로 우리는 커패시터의 역할을 알고 있으며 전하를 저장하고 방출하는 데 사용됩니다. 여기에서는 깜박이는 과정에서 사용됩니다.

4. 반사 거울
반사 미러는 여기에서 작업물에 직접 빛을 반사하는 데 사용됩니다. 내부 및 외부 두 가지 유형입니다.

5. 렌즈
시력을 위한 렌즈가 제공됩니다. 주어진 공작물 마크에 대한 작업을 쉽게 수행할 수 있도록 이미지를 더 큰 크기로 보여줍니다.

6. 공작물
공작물은 작업을 수행할 대상과 같습니다. 예를 들어, 신체에 레이저 작업이 필요한 경우 우리는 이 기계의 공작물입니다. 물체를 제조하는 것과 마찬가지로 레이저 기계가 작업을 수행할 때 드릴 또는 구멍을 뚫어야 합니다.

 

레이저 빔 가공의 작동 원리

이 과정에서 Laser Beam은 단색광이라고 하며 렌즈로 가공할 공작물에 초점을 맞춰 매우 높은 에너지 밀도를 제공하여 어떤 재료도 녹이고 기화시킵니다.

Laser Crystal(Ruby)은 위의 그림이나 Diagram과 같이 원기둥 형태로 되어 있으며 평평한 반사 끝이 약 1000W의 플래시 램프 코일에 배치되어 있습니다.

플래시는 Xenon의 고휘도 백색광으로 시뮬레이션됩니다. Crystal은 여기되어 렌즈를 사용하여 공작물에 집중된 레이저 빔을 방출합니다.

생성된 빔은 매우 좁고 전력 밀도가 1000kW/cm2인 정확한 영역에 초점을 맞출 수 있습니다. 고열을 발생시키고 금속의 일부가 녹고 기화됩니다.

 

레이저 빔 가공의 응용

레이저는 다른 제조 공정 중에서 용접, 클래딩, 마킹, 표면 처리, 드릴링 및 절단에 사용할 수 있습니다. 자동차, 조선, 항공 우주, 철강, 전자, 의료 산업에서 복잡한 부품의 정밀 가공에 사용됩니다.

레이저 용접은 최대 100mm/s의 속도로 용접할 수 있고 이종 금속을 용접할 수 있다는 장점이 있습니다. 레이저 클래딩은 표면 품질을 향상시키기 위해 더 단단한 재료로 저렴하거나 약한 부품을 코팅하는 데 사용됩니다. 레이저를 이용한 천공 및 절단은 접촉이 없어 손상을 줄 수 있어 절삭공구의 마모가 거의 없는 장점이 있습니다.

레이저 밀링은 2개의 레이저가 필요한 3차원 공정이지만 부품 가공 비용을 대폭 절감합니다. 레이저는 공작물의 표면 특성을 변경하는 데 사용할 수 있습니다.

레이저 빔 가공의 장비는 산업에 따라 다릅니다. 가벼운 제조에서 기계는 다른 금속을 조각하고 드릴링하는 데 사용됩니다. 전자 산업에서 레이저 빔 가공은 와이어 스트립 및 스카이빙 회로에 사용됩니다. 의료 산업에서는 미용 수술 및 제모에 사용됩니다.

 

레이저 빔 가공의 장점

▷ 레이저 빔의 광선은 단색이고 평행하기 때문에(즉, 에텐듀가 0임) 작은 직경에 초점을 맞출 수 있고 평방 밀리미터 영역에 대해 100MW의 전력을 생성할 수 있습니다.
▷ 레이저 빔 가공은 기존 절단 방법으로는 부족할 수 있는 거의 모든 재료를 조각하거나 절단할 수 있습니다.
▷ 레이저에는 여러 유형이 있으며 각각 용도가 다릅니다.
▷ 레이저 유지 비용은 공구와 공작물 사이에 물리적 접촉이 없기 때문에 마모율이 낮기 때문에 적당히 낮습니다.
▷ 레이저 빔에 의해 제공되는 기계 가공은 고정밀이며 이러한 공정의 대부분은 추가 마무리가 필요하지 않습니다.
▷ 레이저 빔은 가스와 짝을 이루어 절단 프로세스의 효율성을 높이고, 표면 산화를 최소화하고, 녹거나 기화된 재료로부터 공작물 표면을 유지합니다.

 

레이저 빔 가공의 단점

▷ 레이저 빔을 획득하는 초기 비용은 적당히 높습니다. 가공 공정에 도움이 되는 액세서리는 많이 있으며, 이러한 액세서리의 대부분은 레이저 빔 자체만큼이나 중요하기 때문에 가공의 시작 비용이 더욱 높아집니다.
▷ 기계 가공을 취급하고 유지하려면 고도로 훈련된 인력이 필요합니다. 레이저 빔을 작동하는 것은 비교적 기술적인 작업이며 전문가의 서비스가 필요할 수 있습니다.
▷ 레이저 빔은 대량 금속 공정을 생산하도록 설계되지 않았습니다.
▷ 레이저 빔 가공은 많은 에너지를 소모합니다.
▷ 용융점이 높은 공작물에서는 깊은 절단이 어렵고 일반적으로 테이퍼가 발생합니다.

 

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