레이저 기술

레이저 절단 및 각인 기술은 산업 제조, 예술 창작, 전자 분야에서 높은 정밀도, 효율성, 비접촉 가공 능력으로 인해 널리 사용되고 있습니다. 본 문서는 레이저 절단 및 각인의 원리, 성능 매개변수, 영향을 미치는 요인, 응용 분야 및 향후 트렌드에 대한 상세한 분석을 제공합니다.

기본 원리

1. 레이저 절단

레이저 절단은 고에너지 밀도의 레이저 빔을 사용하여 재료를 용융, 기화 또는 점화시키고, 보조 가스(예: 산소, 질소)가 녹은 잔여물을 불어내어 정밀한 재료 분리를 가능하게 합니다.

2. 레이저 각인

레이저 각인은 재료 표면에 국소적인 어블레이션 또는 화학 반응을 일으켜 영구적인 마크나 패턴을 생성합니다. 절단과 달리 각인은 일반적으로 재료를 관통하지 않고 표면의 질감 또는 색상을 변경합니다.

성능 측정

1. 정밀도

• 위치 정확도: 일반적으로 ±0.01mm이며, 고급 시스템은 ±0.005mm까지 달성할 수 있습니다.

• 반복성: 일반적으로 일관된 배치 가공 시 ±0.02mm 이내입니다.

• 최소 선 폭: 레이저 스팟 크기(10–100 µm)에 따라 달라지며, 초고속 레이저는 마이크론 수준의 각인이 가능합니다.

2. 가공 속도

• 절단 속도: 재료 두께와 레이저 출력에 따라 달라집니다(예: CO₂ 레이저는 1mm 스테인리스강을 20m/분 속도로 절단함).

• 각인 속도: 벡터 각인은 최대 1000mm/초에 달하지만, 래스터 각인은 스캔 방식으로 인해 더 느립니다.

3. 재료 호환성

4. 표면 품질

• 절단면 거칠기: 일반적으로 Ra < 10 µm (금속의 경우 파이버 레이저는 Ra < 5 µm 달성)

• 각인 깊이 조절: 출력과 패스(pass)로 조정 가능 (±0.01 mm 정밀도)

주요 영향 요인

1. 레이저 파라미터

• 파장: UV(355nm) - 미세한 각인용; CO₂(10.6µm) - 비금속용.

• 출력: 출력이 높을수록 속도가 증가하지만 열 왜곡이 발생할 수 있음.

• 펄스 주파수(펄스 레이저): 효율성과 열영향부(HAZ)에 영향을 줌.

2. 광학 시스템

• 포커스 렌즈: 초점 거리가 반점 크기와 심도를 결정함(짧은 초점 거리는 정밀도를 향상시킴).

• 빔 품질(M²): 회절 한계에 가까운 빔(M² ≈ 1)은 더 부드러운 절단을 제공함.

3. 프로세스 최적화

• 보조 가스: 산소는 속도를 증가시키나(가장자리 산화 발생), 질소는 깨끗한 절단 보장.

• 스캐닝 전략: 대면적 각인에는 래스터 방식, 윤곽에는 벡터 방식 사용.

적용 분야

1. 산업 제조

• 판금 가공: 자동차/항공우주 부품 절단.

• 전자기기: FPC(유연회로기판) 절단, PCB 마이크로 드릴링.

2. 창의성 및 커스터마이징

• 디자인: 목재/아크릴 각인, 가죽 로고 각인.

• 3D 릴리프: 그레이스케일 각인을 통한 입체 효과.

3. 의료 및 연구

• 수술 기구: 정밀 절단 스테인리스강 기구.

• 마이크로 가공: 초고속(펨토초/피코초) 레이저를 통한 미세 구조 형성.

미래 경향

1. 고출력 및 고효율: 멀티 빔 가공을 통한 처리량 증가.

2. 스마트 자동화: 인공지능 기반 파라미터 최적화.

3. 그린 레이저: 에너지 효율적인 파이버 레이저.

4. 초고속 레이저 채택: 의료 및 반도체 분야에서의 확장.

결론

레이저 절단 및 각인은 뛰어난 정밀성과 다용도성을 제공하여 현대 제조업에서 필수불가결한 기술이 되었습니다. 레이저 소스, 자동화 및 공정 제어 기술의 발전은 이들의 기능과 응용 범위를 한층 더 향상시킬 것입니다.