레이저 절단 기술에 대한 기본 지식

레이저 절단의 작동 원리

레이저 절단에는 고에너지 레이저 빔을 방출하는 레이저 발생기가 장착되어 있습니다. 레이저 빔은 렌즈에 의해 초점이 맞춰져 매우 작은 고에너지 광점을 형성합니다. 광점을 적절한 위치에 집중시키면 소재는 레이저 광의 에너지를 흡수하여 증발, 용융, 융해 또는 발화점에 도달합니다. 그런 다음 고압 보조 공기(CO₂, 산소, 질소)가 잔여물을 불어냅니다. 레이저 헤드는 프로그램으로 제어되는 서보 모터로 구동되며, 소재 위에서 미리 정해진 경로를 따라 이동하면서 다양한 모양의 가공물을 절단합니다.

레이저 발생기(레이저 소스)의 종류

빛은 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색 등으로 분류할 수 있습니다. 물체에 의해 흡수되거나 반사될 수 있습니다. 레이저 빛도 빛입니다. 파장에 따라 레이저 빛은 각기 다른 특성을 지닙니다. 전기를 레이저로 변환하는 매개체인 레이저 발생기의 이득 매질은 레이저의 파장, 출력, 그리고 응용 분야를 결정합니다. 이득 매질은 기체, 액체, 고체 상태일 수 있습니다.

1. 가장 전형적인 가스 상태 레이저는 CO2 레이저입니다.

2. 가장 전형적인 고체 레이저에는 파이버 레이저, YAG 레이저, 레이저 다이오드 및 루비 레이저가 포함됩니다.

3. 액체 레이저는 유기 용매와 같은 액체를 작동 매체로 사용하여 레이저 광을 생성합니다.

다양한 재료가 각기 다른 파장의 레이저 광을 흡수합니다. 따라서 레이저 발생기는 신중하게 선택해야 합니다. 자동차 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 레이저는 파이버 레이저입니다.

레이저 소스의 작동 모드

레이저 소스에는 일반적으로 연속 모드, 변조 모드, 펄스 모드의 3가지 작동 모드가 있습니다.

연속 모드에서는 레이저 출력이 일정합니다. 이는 소재에 전달되는 열을 비교적 고르게 전달하여 고속 절단에 적합합니다. 이는 작업 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 열 영향 영역의 영향을 감소시킬 수 있습니다.

변조 모드에서는 레이저 출력 전력이 절단 속도의 함수와 같습니다. 각 지점의 출력을 제한하여 재료에 유입되는 열을 상대적으로 낮게 유지함으로써 절단면의 불균일성을 방지할 수 있습니다. 제어가 다소 복잡하여 작업 효율이 높지 않고 단시간만 사용할 수 있습니다.

펄스 모드는 일반 펄스 모드, 슈퍼 펄스 모드, 그리고 초강력 펄스 모드로 구분할 수 있습니다. 하지만 주요 차이점은 강도의 차이뿐입니다. 사용자는 재료의 특성과 구조의 정밀도를 고려하여 선택할 수 있습니다.

요약하자면, 레이저는 종종 연속 모드로 작동합니다. 하지만 특정 소재의 경우, 최적의 절단 품질을 얻으려면 이송 속도(예: 속도 증가, 속도 절단, 회전 지연)를 조정해야 합니다. 따라서 연속 모드에서는 단순히 출력을 낮추는 것만으로는 충분하지 않습니다. 레이저 출력은 펄스를 변경하여 조정해야 합니다.

레이저 커팅의 파라미터 설정

다양한 제품 요구 사항에 따라 최적의 파라미터를 얻으려면 다양한 작업 조건에서 파라미터를 지속적으로 조정해야 합니다. 레이저 절단의 공칭 위치 정확도는 최대 0.08mm, 반복 위치 정확도는 최대 0.03mm입니다. 그러나 실제 상황에서 최소 허용 오차는 개구부의 경우 ±0.05mm, 구멍 위치의 경우 ±0.2mm입니다.

재료와 두께에 따라 필요한 용융 에너지가 다릅니다. 따라서 레이저의 출력 전력도 달라집니다. 생산 과정에서 공장주는 생산 속도와 품질 간의 균형을 맞추고, 적절한 출력 전력과 절삭 속도를 선택해야 합니다. 이를 통해 절삭 영역에 적절한 에너지를 공급하고 재료를 매우 효과적으로 용융할 수 있습니다.

레이저가 전기를 레이저 에너지로 변환하는 효율은 약 30~35%입니다. 즉, 입력 전력이 약 4,285W~5,000W일 때 출력 전력은 약 1,500W에 불과합니다. 실제 입력 전력 소비량은 공칭 출력 전력보다 훨씬 큽니다. 또한, 에너지 보존 법칙에 따라 다른 에너지는 열로 변환되므로 산업용 냉각기를 추가해야 합니다.

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