레이저 절단은 다음과 같은 경우에 매우 효율적인 방법입니다. 금속 가공. 고출력 레이저 빔을 사용하여 가장 단단한 재료도 쉽게 절단하고 모양을 만들 수 있습니다. 그 효과 덕분에 기존의 절단 방식보다 뛰어난 제작 옵션이 되었습니다. 하지만 여전히 많은 사람들이 이 프로세스의 기본을 이해하지 못하고 "레이저 커팅이 무엇인가요?"라고 질문합니다.
레이저 기반 커팅의 기본을 이해하는 것은 이 프로세스를 최대한 활용하기 위해 필수적입니다. 레이저 커팅에 대한 노하우가 전혀 없는 분들도 걱정하지 마세요! 이 글에서 레이저 기반 커팅 프로세스에 대한 모든 것을 설명해 드리겠습니다. 레이저 커팅의 역사, 주요 구성 요소 및 단계별 작업에 대해 배우게 될 것입니다. 그럼 시작해 보겠습니다!
레이저 커팅이란 무엇인가요?
고에너지 레이저 빔을 활용하는 첨단 공정입니다. 이 빔은 목표 지점을 녹이거나 증발시킵니다. 컴퓨터 시스템이 이러한 빔의 방향과 강도를 제어하여 정밀한 절단과 모양을 만듭니다. 이 비접촉식 절단 절차는 재료 낭비를 일으키지 않습니다.
레이저 커팅기에는 레이저 소스가 있습니다. 이 소스는 공작물에 필요한 에너지의 레이저를 방출합니다. 레이저 기술의 역사는 1960년대로 거슬러 올라갑니다. 1960년 시어도어 메이먼이 처음으로 레이저 기술을 연구했습니다. 당시 제조업체들은 수동 절단 방식에 의존했습니다.
1965년, 웨스턴 일렉트릭 엔지니어링 연구 센터는 최초의 레이저 절단기를 발명했습니다. 특별한 정밀 기능이 없는 기본적인 기계였지만 혁신을 향한 첫걸음이었습니다. 레이저 기계의 초기 용도는 다이아몬드 금형에 구멍을 뚫는 것이었습니다. 단단한 재료를 절단하는 것은 항상 어려운 일이었습니다.
그러나 제조업체는 레이저 기계를 사용하여 가장 단단한 재료에도 절단, 성형 및 구멍을 뚫을 수 있었습니다. 1980년대에는 CO₂도 개발되어 더욱 주목을 받았습니다. 1990년대 초에는 레이저 절단기에 컴퓨터 제어 시스템이 도입되었습니다.
이는 레이저 커팅 머신의 정밀도를 높이는 데 큰 발전을 이루었습니다. 그 후 많은 제조업체들이 정확성과 빠른 속도로 인해 이러한 CNC 기반 레이저 기계를 사용하기 시작했습니다. 오늘날 이러한 기계는 첨단 제조 산업의 필수품이 되었습니다. 자동차에서 항공 우주에 이르기까지, 레이저 커팅기는 모든 곳에서 사용되고 있습니다.
레이저 커팅기의 구성 요소
레이저 절단기는 하나의 장치처럼 보입니다. 그러나 그 작업은 매우 복잡하며 다양한 구성 요소의 체계적인 기능이 필요합니다. 구성 요소와 그 기능을 이해하는 것은 전체 작업을 제어하기 때문에 중요합니다. 레이저 커팅 기계입니다. 아래 섹션에서는 레이저 커팅 머신의 각 구성 요소에 대해 설명합니다:
- 레이저 소스: 이름에서 알 수 있듯이 고에너지 레이저 빔을 방출하는 소스입니다. 기계의 종류에 따라 다양한 유형의 레이저 소스를 사용할 수 있습니다.
- 워크테이블: 작업대가 고정되는 플랫폼입니다. 일반적으로 작업 테이블은 공작물(재료)을 고정하고 움직일 수 있도록 합니다. 결과적으로 레이저 커팅기의 원활한 작동을 향상시킵니다.
- CNC 컨트롤러: 최신 레이저 절단기에서 가장 필수적인 부분입니다. 작업자는 이 CNC 컨트롤러에 G 코딩된 지시를 내립니다. 그러면 이 CNC 컨트롤러는 주어진 지시에 따라 기계의 작동을 제어합니다. 레이저 절단기의 커팅 헤드는 CNC 컨트롤러를 향해 움직입니다.
- 렌즈 및 거울: 소스에서 방출되는 레이저는 일반적으로 산란됩니다. 거울과 렌즈와 같은 초점 광학 장치가 이 레이저 빔에 초점을 맞춥니다. 이러한 렌즈 또는 거울은 정확한 절단을 위해 레이저 빔을 올바른 지점에 집중시킵니다.
- 커팅 헤드: 위에서 설명한 렌즈와 거울은 커팅 헤드에 있습니다. 또한 특정 가스, 즉 산소 또는 질소를 방출하는 노즐로 구성되어 있습니다. 이 헤드는 재료 위로 이동하여 레이저 빔을 올바른 지점으로 향하게 합니다.
- 모션 시스템: 앞서 말했듯이 커팅 헤드는 재료 위로 움직입니다. 모션 시스템은 커팅 헤드의 움직임을 지원합니다. 이 시스템은 모터, 벨트, 레일로 구성됩니다. 이를 통해 컴퓨터의 지시에 따라 헤드가 X, Y, Z 축으로 움직일 수 있습니다.
레이저 커팅은 어떻게 작동하나요? 단계별 프로세스
위에서 언급한 모든 구성 요소는 함께 작동합니다. 어느 한 구성 요소에 사소한 결함이 있으면 레이저 커팅기가 고장날 수 있습니다. 아래 섹션에서는 레이저 커팅이 어떻게 작동하는지에 대한 단계별 프로세스에 대해 설명하겠습니다. 그럼 시작해 보겠습니다!
1세대 코드화 지침
작업자의 첫 번째 단계는 G 코드 지침을 생성하는 것입니다. 이 단계는 매우 중요하며, 작은 실수로 인해 절단 또는 성형 시 불완전한 결과를 초래할 수 있습니다. 또한 더 높은 수준의 전문성이 필요합니다.
G 코딩된 지침이 어떻게 만들어지는지 설명하겠습니다. 먼저 필요한 모양을 디자인합니다. 이는 제조업체에 필요한 디지털 모델입니다. 일반적으로 제조업체는 초기 설계를 위해 전문 디자이너의 도움을 받습니다. 디자이너는 CAD 소프트웨어를 사용하여 모델을 만듭니다. 제조업체가 레이저 커팅 기계가 생산하기를 원하는 모양입니다.
모델이 준비되면 CAM 소프트웨어로 전달됩니다. CAM 소프트웨어는 주어진 설계를 처리합니다. 적절한 해석을 거친 후 이 소프트웨어는 컴퓨터화된 지침을 생성합니다. 이러한 지침은 코드(G 코드 지침)의 형태입니다. 그런 다음 작업자는 이 코드화된 명령을 레이저 절단기에 공급합니다.
기계가 이러한 G 코딩된 명령어 또는 파일을 어떻게 받아들이는지 궁금할 것입니다. 위에서 설명한 것처럼 레이저 기계에는 인터페이스가 있습니다. 작업자는 이 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 G 코드 명령을 기계로 전송합니다. CNC 컨트롤러는 이러한 지침을 해석하고 이를 따릅니다.
2- 레이저 빔 생성
두 번째 단계는 레이저 빔을 생성하는 것입니다. 앞서 말했듯이 레이저 절단기에는 레이저 소스가 함께 제공됩니다. 이러한 소스는 레이저 빔을 생성하는 가스로 구성됩니다. 일반적으로 이러한 가스에는 이산화탄소, 질소, 헬륨이 포함됩니다. 소스 내부에서 전기 에너지가 방출됩니다. 이 에너지는 해당 가스의 원자를 여기시킵니다.
원자가 에너지를 흡수하면 더 높은 에너지 상태로 이동한다는 사실을 기억하세요. 레이저 기계에서도 마찬가지입니다. 기체의 원자는 전기 에너지를 흡수하여 더 높은 에너지 상태로 이동합니다. 그러나 이 전자가 더 낮은 에너지 껍질로 돌아갈 때 에너지를 방출합니다. 방출되는 에너지는 우리가 레이저 빔으로 알고 있는 빛의 형태입니다.
3- 레이저 증폭
원자가 더 낮은 에너지 상태가 될 때 발생하는 레이저(빛 에너지)는 산란됩니다. 이렇게 산란된 에너지는 쓸모없기 때문에 절단 공정에 도움이 되지 않습니다. 따라서 레이저 커팅 기계는 특수한 초점 광학 장치를 사용합니다. 렌즈와 거울은 레이저 빔을 집중시키고 산란을 방지합니다.
이러한 렌즈로 인해 레이저 빔은 매우 집중되고 좁아집니다. 초점과 집중력으로 인해 작은 목표물이나 반점을 쉽게 맞출 수 있습니다. 레이저 빔의 에너지를 증폭시키는 레이저 공진기가 함께 제공된다는 점을 기억하세요. 레이저 공진기는 빛을 반사하는 일련의 거울로 구성됩니다.
레이저 빔(광자)이 거울에 부딪히면 반사로 인해 앞뒤로 움직입니다. 이 거울은 직렬로 연결되어 있다는 것을 기억하세요. 연속적인 결합으로 인해 광자의 에너지가 증가합니다. 직렬에는 부분적으로 반사되는 거울이 하나 있습니다. 광자가 이 거울에 부딪히면 이 거울은 증폭된 에너지로 광자가 빠져나갈 수 있도록 합니다.
이 탈출 광자는 기계가 사용하는 레이저 빔입니다. 이 빔은 공작물을 향합니다. 레이저 빔은 두께에 상관없이 모든 재료를 절단하고 모양을 만들 수 있는 높은 에너지를 가지고 있습니다. 레이저 절단기의 인터페이스를 통해 작업자는 레이저 빔의 증폭 수준을 조정할 수 있습니다.
4- 커팅 헤드를 통한 빔 포커스
앞서 말했듯이 레이저는 커팅 헤드를 통해 나옵니다. 이 헤드는 레이저를 증폭하는 거울과 렌즈로 구성되어 있습니다. 레이저 빔을 증폭한 후 커팅 헤드의 노즐을 통해 레이저 빔이 나옵니다. 이 헤드는 재료 또는 공작물 위로 나옵니다. 레이저가 나와서 재료의 표면에 직접 닿습니다.
빔의 높은 에너지로 인해 재료를 녹이고 증발시킵니다. 용융의 결과로 재료가 매끄럽게 절단됩니다. 더 강하고 두꺼운 재료일수록 더 높은 수준의 레이저 빔 증폭이 필요하며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 커팅 헤드의 움직임이 중요합니다. 이 동작이 정확하지 않으면 제조업체는 정밀한 절단을 얻을 수 없습니다.
따라서 레이저 커팅기에는 CNC 컨트롤러가 함께 제공됩니다. 이 구성 요소는 컴퓨터화된 지침에 따라 커팅 헤드의 움직임을 제어합니다. CNC 기반 레이저 커터를 사용하는 모든 제조업체에는 CAD 설계를 생성하는 사내 디자이너가 있습니다. 잘못된 설계는 잘못된 G 코드 지시를 초래하여 정밀도를 떨어뜨릴 수 있다는 점을 기억하세요.
5- 레이저 절단에서 보조 가스의 역할
일반적으로 레이저 빔은 재료를 녹여 절단합니다. 하지만 녹은 부분이 보기 흉하고 절단 마무리에 영향을 줄 수 있죠? 이러한 경우 최신 레이저 절단기에는 질소 또는 산소와 같은 보조 가스 옵션이 제공됩니다. 이러한 가스는 커팅 헤드의 노즐에서 나와 절단 부분을 청소합니다. 녹은 잔여물이 절단면에 남는 것을 방지합니다.
이러한 방식으로 레이저 빔은 공작물을 원활하게 절단할 수 있습니다. 또한 이러한 보조 가스는 절단 품질에 큰 문제가 될 수 있는 산화의 가능성을 제거합니다. 커팅 헤드의 노즐에는 작은 구멍이 있습니다. 레이저가 재료를 절단하기 위해 나오면 두 번째 개구부가 열립니다. 결과적으로 어시스턴트가 나와서 절단 부분을 청소합니다.
레이저 커팅이 가능한 재료는 무엇입니까?
레이저 커팅기는 호환성 측면에서 매우 다재다능합니다. 모든 두께의 재료를 쉽게 절단하고 모양을 만들 수 있습니다. 그러나 일부 재료의 절단 용이성은 다른 재료보다 우수합니다. 그러나 최신 레이저 커팅기로 절단할 수 없는 재료는 없습니다.
모든 금속은 레이저 절단기를 사용하여 절단할 수 있습니다. 그러나 재료의 두께는 레이저 기계의 작동에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 두꺼운 재료는 고에너지 레이저 빔이 필요하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 흥미롭게도 최신 기계에는 조정 기능이 있습니다. 작업자는 레이저 빔의 강도를 쉽게 조절할 수 있습니다.
제조업체는 모든 두께의 금속 및 비금속을 절단할 수 있습니다. 하지만 일부 반사성 소재는 레이저 절단기에 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 소재는 레이저 빔(빛)을 반사하여 레이저 빔의 에너지를 일부 낭비합니다. 그러나 이러한 재료도 적절한 기술과 레이저 유형을 사용하여 절단할 수 있습니다.
빠른 하이라이트: 일부 재료는 레이저 절단 시 연기가 발생합니다. PVC와 염소 처리된 플라스틱이 그 예입니다. 이러한 연기는 인체에 유독할 수 있습니다. 따라서 장갑과 마스크와 같은 안전 장비를 착용하는 것이 좋습니다. 이러한 가스를 흡입하면 알레르기 및 기타 건강 문제를 일으킬 수 있습니다.
결론
레이저 커팅 공정은 복잡하고 혼란스럽습니다. 이를 이해하려면 기계의 구성 요소에 대한 기본 지식이 필요합니다. 이 기사에서는 이러한 기계의 구성 요소와 작동 방식을 모두 설명했습니다. 초보자라도 레이저 기계의 작동 원리를 이해하는 것은 더 이상 어렵지 않을 것입니다.
구형 레이저 커팅기와 최신 레이저 커팅기에는 차이가 있다는 것을 기억하세요. 하지만 이러한 차이점은 추가 기능에 있습니다. 두 기계의 세 가지 필수 작동 방식은 거의 비슷합니다. CNC 컨트롤러가 없는 구형 기계는 가격이 저렴하고 사람의 손길이 더 많이 필요합니다. 반면에 최신 레이저 커팅기는 뛰어난 정밀도를 제공합니다.