레이저 절단 품질에 영향을 미치는 요인
레이저 절단의 품질은 절단된 치수 정확도와 절단면의 표면 마감 정도로 결정됩니다. 일반적으로 표면 품질은 다음 네 가지 기준에 따라 평가됩니다: 절단면의 너비와 거칠기, 열영향부의 너비, 절단 단면의 파형(undulation), 그리고 절단 단면 또는 하부 표면에 있는 슬래그(dross)의 존재 여부. 레이저 절단 표면 품질에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다:
레이저 특성
절단에 사용되는 레이저는 우수한 빔 품질을 가져야 한다. 레이저 절단은 열을 기반으로 한 공정이므로 높은 출력 밀도와 정밀한 절단을 실현하기 위해서는 집광 포인트의 지름이 작아야 한다. 또한, 다양한 방향에서 일관된 절단 품질을 보장하기 위해 레이저 빔은 광축 주위로 우수한 회전 대칭성과 원형편광, 그리고 초점 포인트 위치를 안정적으로 유지할 수 있는 높은 직진 안정성을 가져야 한다. 현대의 레이저는 복잡한 윤곽 형상에 대해서도 고품질 절단이 가능하도록 연속적이고 고반복적인 출력 특성과 신속한 스위칭 기능을 갖추고 있어야 한다.
집광 렌즈 및 재료 두께
렌즈의 초점 거리는 절단되는 재료의 두께에 따라 선택되어야 하며, 집광된 스팟 직경과 초점 심도 사이의 균형을 고려해야 합니다. 두꺼운 재료의 경우 긴 초점 거리가 더 적합하며, 얇은 재료에는 짧은 초점 거리가 적합합니다. 초점 스팟 위치는 작업물 표면 가까이에 설정하는 것이 좋으며, 일반적으로 재료 윗면보다 약간 아래에 위치시키고, 재료 두께의 약 3분의 1 정도 깊이에 놓이는 것이 이상적입니다.
가스 흐름 및 노즐
레이저 절단기에서 가스 흐름은 용융된 재료를 배출시키고, 초점 렌즈를 보호하며, 일부 절단 에너지를 제공하기도 합니다. 가스 압력과 유량은 절단 품질에 영향을 주는 핵심 요소입니다. 압력이 부족하면 절단 부위의 용융 물질을 제거하지 못할 수 있고, 반대로 과도한 압력은 작업물 표면에 와류를 생성하여 가스 흐름이 용융 물질을 제거하는 능력을 저하시킬 수 있습니다. 경험적으로 볼 때, 다양한 설계의 노즐도 절단 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
절단 속도
절단 속도는 레이저 출력 밀도, 재료의 열적 특성 및 두께에 따라 달라집니다. 특정 절단 조건이 주어졌을 경우, 최적의 절단 속도 범위가 존재합니다. 속도가 너무 빠르면 절단이 불완전하거나 잔류 슬래그가 남을 수 있으며, 반대로 속도가 너무 느리면 과도한 연소가 발생하여 절단 폭이 넓어지고 열영향부가 커지게 됩니다.
커팅 경로
복잡한 윤곽이나 날카로운 모서리를 가진 부품의 경우, 가속도 변화로 인해 모서리에서 과열 및 용융이 발생할 수 있으며, 이로 인해 모서리가 붕괴될 수 있습니다. 따라서 절단 경로를 최적화하는 것은 이러한 문제를 완화하기 위한 효과적인 방법입니다.
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