건축자재에 레이저 기술을 적용하는 사례

레이저는 높은 에너지를 이용하여 재료와 상호 작용함으로써 가공 효과를 얻습니다. 레이저 빔을 가장 쉽게 적용할 수 있는 분야는 금속 재료이며, 이는 개발 측면에서 가장 성숙한 시장입니다.

금속 재료에는 철판, 탄소강, 스테인리스강, 구리, 알루미늄 합금 등이 있습니다. 철판과 탄소강은 자동차, 건설 기계 부품, 파이프라인 등과 같은 금속 구조 부품에 주로 사용되며, 비교적 높은 출력의 절단 및 용접이 필요합니다. 스테인리스강은 욕실 용품, 주방 용품, 칼 등에 일반적으로 사용되며, 두께 요구량이 크지 않아 중출력 레이저로도 충분합니다.

중국에서는 주택 및 각종 사회기반시설 프로젝트가 빠르게 발전하면서 막대한 양의 건축 자재가 사용되고 있습니다. 예를 들어, 중국은 전 세계 시멘트 소비량의 절반을 차지하며 철강 소비량에서도 세계 1위입니다. 건축 자재 산업은 중국 경제의 핵심 산업 중 하나로 꼽힙니다. 건축 자재는 다양한 가공 과정을 거치는데, 레이저 기술은 건축 자재 분야에 어떻게 적용될 수 있을까요? 현재 기초 또는 구조물을 건설할 때 이형 철근이나 철근을 사용하는 주요 가공 작업은 유압 절단기나 연삭기를 이용해 이루어집니다. 레이저는 파이프라인, 문, 창호 등의 가공에 널리 사용되고 있습니다.

금속 파이프의 레이저 가공

건설용으로 사용되는 파이프에는 상수도관, 석탄가스/천연가스관, 하수도관, 울타리관 등이 있으며, 금속 파이프에는 아연 도금 강관과 스테인리스강관이 포함됩니다. 건설 업계에서 강도와 미관에 대한 요구가 높아짐에 따라 파이프 절단에 대한 요구사항도 증가하고 있습니다. 일반적인 파이프는 출하 전에는 보통 10미터 또는 20미터 길이로 제작됩니다. 다양한 산업 분야에 유통된 후에는 각기 다른 적용 시나리오에 따라 다양한 산업 분야의 요구를 충족하기 위해 여러 가지 모양과 크기로 가공되어야 합니다.

높은 자동화, 고효율, 고생산성을 특징으로 하는 레이저 파이프 절단 기술은 파이프 산업에서 빠르게 도입되고 있으며 다양한 금속 파이프 절단에 매우 적합합니다. 일반적으로 두께가 3mm 미만인 금속 파이프는 1,000와트 레이저 절단기로 절단할 수 있으며, 3,000와트 이상의 레이저 출력을 사용하면 고속 절단이 가능합니다. 과거에는 연마 휠 절단기로 스테인리스강 파이프 한 부분을 절단하는 데 약 20초가 걸렸지만, 레이저 절단으로는 단 2초밖에 걸리지 않아 효율성이 크게 향상되었습니다. 따라서 레이저 파이프 절단 장비는 지난 4~5년 동안 많은 기존 기계식 칼 절단 장비를 대체했습니다. 파이프 레이저 절단 기술의 등장으로 기존의 톱질, 펀칭, 드릴링 등의 공정이 하나의 장비에서 자동으로 완료될 수 있게 되었습니다. 절단, 드릴링은 물론 윤곽 절단 및 패턴 문자 절단까지 가능합니다. 파이프 레이저 절단 공정에서는 필요한 사양만 컴퓨터에 입력하면 장비가 자동으로 빠르고 효율적으로 절단 작업을 완료합니다. 자동 공급, 클램핑, 회전, 홈 절단 기능은 원형 파이프, 사각 파이프, 평강 등 다양한 파이프에 적합합니다. 레이저 절단은 파이프 절단에 필요한 거의 모든 요구 사항을 충족하며 효율적인 가공 방식을 구현합니다.

레이저 튜브 절단

문과 창문의 레이저 가공

문과 창문은 중국 부동산 건설 산업에서 매우 중요한 부분입니다. 모든 주택에는 문과 창문이 필요합니다. 막대한 산업 수요와 해마다 증가하는 생산 비용으로 인해 사람들은 문과 창문 제품의 가공 효율성과 품질에 대한 요구 조건을 더욱 높이고 있습니다.

문, 창문, 방범망, 난간 생산에 사용되는 스테인리스강은 대부분 두께 2mm 미만의 강판과 원형 판재입니다. 레이저 기술을 이용하면 강판과 원형 판재를 고품질로 절단, 중공 및 패턴 절단할 수 있습니다. 특히 휴대용 레이저 용접을 사용하면 기존 점 용접에서 발생하던 틈이나 눈에 띄는 용접 자국 없이 문과 창문의 금속 부품을 매끄럽게 용접할 수 있어, 미려한 외관과 뛰어난 기능성을 모두 갖춘 제품을 만들 수 있습니다.

문, 창문, 방범망, 난간 등의 연간 소비량은 막대하며, 절단 및 용접은 소형 및 중형 레이저로도 가능합니다. 그러나 이러한 제품들은 대부분 주택 규모에 맞춰 맞춤 제작되고, 소규모 문·창문 설치 업체나 인테리어 업체에서 가공하는데, 이들은 주로 절단 연마, 아크 용접, 화염 용접 등 전통적이고 주류적인 방식을 사용합니다. 따라서 레이저 가공이 이러한 전통적인 공정을 대체할 수 있는 여지가 매우 큽니다.

레이저 용접 보안 도어

비금속 건축 자재에 대한 레이저 가공 가능성

비금속 건축 자재는 주로 세라믹, 석재, 유리로 구성됩니다. 이러한 자재는 연삭 휠과 기계식 칼을 사용하여 가공하는데, 이 과정은 전적으로 수작업과 위치 선정에 의존합니다. 또한 가공 과정에서 많은 양의 먼지와 파편이 발생하고 소음이 심해져 인체에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 이러한 직종에 종사하려는 젊은이들이 점점 줄어들고 있습니다.

이 세 가지 건축 자재는 모두 깨지거나 금이 갈 가능성이 있는데, 유리 레이저 가공 기술은 이미 개발되어 있습니다. 유리의 구성 성분은 규산염, 석영 등으로, 레이저 빔과 반응하여 절단면을 완성하기에 용이합니다. 유리 가공에 대해서는 많은 연구가 진행되어 왔습니다. 하지만 세라믹과 석재의 경우, 레이저 절단은 아직 충분히 고려되지 않고 있으며 추가적인 연구가 필요합니다. 적절한 파장과 출력을 가진 레이저가 개발된다면, 세라믹과 석재 또한 먼지와 소음을 줄이면서 절단할 수 있을 것입니다.

현장 레이저 가공 탐구

주택 건설 현장이나 도로, 교량, 철로와 같은 사회기반시설 프로젝트에서는 자재를 현장에서 직접 시공하고 설치해야 합니다. 하지만 레이저 장비를 이용한 가공은 대개 작업장에서만 이루어지고, 가공된 자재는 다시 현장으로 운반되어 사용되는 경우가 많습니다. 따라서 레이저 장비를 활용하여 실제 현장에서 실시간으로 가공을 수행할 수 있는 방안을 모색하는 것은 향후 레이저 기술 개발의 중요한 방향이 될 것입니다.

예를 들어, 아르곤 아크 용접기는 널리 사용되고 있으며, 저렴한 가격, 뛰어난 휴대성, 낮은 전력 요구량, 높은 안정성, 우수한 적응성 등의 장점을 가지고 있습니다. 또한, 언제든지 현장으로 쉽게 운반하여 사용할 수 있다는 장점도 있습니다. 이러한 맥락에서, 휴대용 레이저 용접기의 등장은 현장 레이저 가공의 적용 가능성을 넓혀주고 있습니다. 휴대용 레이저 용접 장비와 냉각기를 더욱 소형화된 형태로 통합하여 건설 현장에서 활용할 수 있게 된 것입니다.

금속 부품의 녹은 매우 골치 아픈 문제입니다. 녹을 제때 처리하지 않으면 제품을 폐기해야 할 가능성이 높습니다. 레이저 세척 기술의 발전으로 녹 제거가 더욱 쉽고 효율적이며, 공정당 비용도 절감되었습니다. 이동이 불가능하여 건설 현장에서 세척이 필요한 작업물을 전문적으로 방문하여 세척하는 서비스는 레이저 세척 기술 발전의 한 방향이 될 수 있습니다. 난징의 한 회사는 차량 탑재형 이동식 레이저 세척 장비를 성공적으로 개발했으며, 몇몇 회사들은 배낭형 세척기도 개발하여 건물 외벽, 빗물받이, 철골 구조물 등의 현장 세척을 가능하게 함으로써 현장 레이저 세척 공정에 새로운 선택지를 제공하고 있습니다.

S&A 칠러 CWFL-1500ANW (휴대용 레이저 용접기 냉각용)