레이저 마킹과 레이저 조각은 같은 것인가요?

레이저 마킹과 레이저 조각은 모두 레이저를 사용하여 재료에 지울 수 없는 자국을 남긴다는 공통점이 있습니다. 하지만 레이저 조각은 재료를 증발시키는 반면, 레이저 마킹은 재료를 녹입니다. 녹은 재료 표면은 팽창하여 80µm 깊이의 홈을 형성하고, 이로 인해 재료 표면의 거칠기가 변하여 흑백 대비가 나타납니다. 아래에서는 레이저 마킹 시 흑백 대비에 영향을 미치는 요인들을 살펴보겠습니다.

레이저 마킹 3단계

(1) 1단계: 레이저 빔이 재료 표면에서 작용합니다.

레이저 마킹과 레이저 조각의 공통점은 레이저 빔이 펄스 형태라는 것입니다. 즉, 레이저 시스템은 일정 간격으로 펄스를 출력합니다. 100W 레이저는 초당 10만 개의 펄스를 출력할 수 있습니다. 따라서 단일 펄스의 에너지는 1mJ이고 최대 출력은 10kW에 달할 수 있습니다.

재료에 작용하는 레이저 에너지를 제어하려면 레이저 매개변수를 조정해야 합니다. 가장 중요한 매개변수는 스캐닝 속도와 스캐닝 거리이며, 이 두 매개변수가 재료에 작용하는 인접 펄스 사이의 간격을 결정합니다. 인접 펄스 간격이 좁을수록 더 많은 에너지가 흡수됩니다.

레이저 조각과 비교했을 때, 레이저 마킹은 에너지 소모가 적어 스캔 속도가 더 빠릅니다. 레이저 조각과 레이저 마킹 중 어떤 방식을 선택할지 결정할 때 스캔 속도는 중요한 요소입니다.

(2) 2단계: 물질이 레이저 에너지를 흡수합니다.

레이저가 재료 표면에 작용할 때, 레이저 에너지의 대부분은 재료 표면에서 반사됩니다. 레이저 에너지의 극히 일부만이 재료에 흡수되어 열로 변환됩니다. 재료를 증발시키기 위해서는 레이저 조각에 더 많은 에너지가 필요하지만, 레이저 마킹은 재료를 녹이는 데 더 적은 에너지만 필요합니다.

흡수된 에너지가 열로 변환되면 물질의 온도가 상승합니다. 녹는점에 도달하면 물질 표면이 녹아 변화가 일어납니다.

1064mm 파장의 레이저는 알루미늄을 약 5% 흡수하는 반면, 강철은 30% 이상 흡수합니다. 이 때문에 강철이 레이저 마킹에 더 적합하다고 생각할 수 있지만, 사실은 그렇지 않습니다. 재료의 융점과 같은 다른 물리적 특성도 고려해야 합니다.

(3) 3단계: 재료 표면은 국부적인 팽창과 거칠기 변화를 겪게 됩니다.

재료가 녹았다가 수 밀리초 만에 식으면서 재료 표면의 거칠기가 변하여 일련 번호, 모양, 로고 등과 같은 영구적인 표시가 형성됩니다.

재료 표면에 다양한 패턴을 표시하면 색상이 변할 수 있습니다. 고품질 레이저 마킹을 위해서는 흑백 대비가 최적의 테스트 기준입니다.

거친 재질 표면에서 입사광이 산란 반사될 때, 재질 표면은 흰색으로 보인다.

거친 재질 표면이 입사광의 대부분을 흡수하면 재질 표면은 검게 보입니다.

레이저 조각의 경우, 고에너지 밀도의 레이저 펄스가 재료 표면에 작용합니다. 레이저 에너지는 열로 변환되어 재료를 고체 상태에서 기체 상태로 변화시켜 재료 표면을 제거합니다.

그렇다면 레이저 마킹과 레이저 조각 중 어떤 것을 선택해야 할까요?

레이저 마킹과 레이저 조각의 차이점을 알았으니, 다음으로 고려해야 할 사항은 어떤 방식을 선택할지 결정하는 것입니다. 이때 세 가지 요소를 고려해야 합니다.

1. 내마모성

레이저 조각은 레이저 마킹보다 침투력이 더 깊습니다. 따라서 마모가 심한 환경에서 사용해야 하거나 표면 연마 또는 열처리 등의 후처리가 필요한 경우에는 레이저 조각을 사용하는 것이 좋습니다.

2. 처리 속도

레이저 조각과 비교했을 때, 레이저 마킹은 침투 깊이가 얕기 때문에 처리 속도가 더 빠릅니다. 가공물이 사용되는 작업 환경에서 마모가 발생하지 않는다면 레이저 마킹을 사용하는 것이 좋습니다.

3. 호환성

레이저 마킹은 재료를 녹여 약간 불규칙한 부분을 만드는 반면, 레이저 조각은 재료를 증발시켜 홈을 만듭니다. 레이저 조각은 재료를 승화 온도까지 끌어올린 후 수 밀리초 내에 증발시키기 위해 충분한 레이저 에너지가 필요하기 때문에 모든 재료에 레이저 조각을 적용할 수 있는 것은 아닙니다.

위의 설명을 통해 레이저 조각과 레이저 마킹에 대해 더 잘 이해하셨을 것이라고 생각합니다.

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