레이저 기술

펀칭이란? 강력한 도장을 사용하여 금속에서 형상을 잘라내는 것으로 생각해 보세요.

레이저 절단이란? 고도로 집중된 빛의 빔을 사용하여 금속을 매우 정밀하게 절단하는 것입니다. 적절한 절단 방법을 선택하는 것은 귀하의 비즈니스에 매우 중요합니다.

펀칭이란 무엇입니까?

펀칭은 제어된 기계적 힘을 사용하여 시트메탈에서 재료를 제거합니다. 펀칭 프레스는 강화된 강철 다이를 이용해 고속으로 작업물에 천공합니다. 이 공정은 몇 초 안에 깔끔하게 구멍, 슬롯 및 복잡한 형상을 만들 수 있습니다.

최신 펀칭 프레스는 유압 또는 기계식 시스템을 사용합니다. 상부 다이(펀치)가 재료를 관통하여 하강하는 동안, 하부 다이(다이 블록)가 작업물을 지지합니다. 펀치가 시트 두께의 약 30%에서 40% 정도 침투할 때 재료 분리가 발생합니다.

펀칭 프레스는 단순한 단일 공정장비부터 복잡한 타워 시스템까지 다양한 구성으로 제공됩니다. 타워 프레스는 여러 도구를 자동으로 회전시켜 수동으로 다이를 교체하지 않고도 신속하게 패턴을 생성할 수 있습니다. CNC 제어 시스템이 작업물을 정밀하게 위치 조정하여 반복적인 정확도를 보장합니다.

펀칭은 어떻게 작동하나요?

펀칭 공정은 전단 시스템을 통해 체계적으로 재료를 제거합니다. 작업자는 금속판을 프레스 테이블 위에 위치시키고 가이드 시스템에 정렬합니다. 펀치는 일반적으로 분당 100회에서 500회 사이의 제어된 속도로 하강합니다.

펀칭 공정은 세 가지 명확한 단계로 진행됩니다.

침투 단계: 펀치가 재료에 접촉하여 재료 내부로 들어가기 시작합니다.

전단 단계: 펀치가 임계 깊이에 도달하면 재료가 파열됩니다.

탈형 단계: 펀치가 후퇴하면서 스트리퍼 플레이트가 재료가 붙지 않도록 막습니다.

공구 선택은 구멍의 품질과 생산 효율성을 결정합니다. 잘 관리되고 날카로운 공구는 버가 최소화된 깨끗한 구멍을 생성합니다. 다이 간격(펀치와 다이 사이의 간극)은 최적의 결과를 위해 재료의 두께와 종류에 맞아야 합니다.

펀칭의 장점은 무엇입니까?

펀칭은 많은 이점을 제공하여 특정 가공 작업에 가장 적합한 선택이 됩니다. 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 고속 처리: 타워트 펀치 프레스와 같은 현대식 펀칭 프레스는 분당 500~1000개의 구멍을 가공할 수 있어 레이저 절단보다 훨씬 빠르며, 대량 부품 생산을 가능하게 합니다.

• 대량 생산 시 비용 효율성: 펀칭은 대규모 생산 시 매우 비용 효율적입니다. 초기 금형 비용 이후에는 개별 부품당 비용이 매우 낮습니다. 또한 필요한 금속만 제거하여 자재 폐기물을 최소화합니다.

• 성형의 다목적성: 펀칭은 구멍 뚫기뿐 아니라 디임플(물결무늬), 루버(louvers), 볼록한 디자인 및 기타 성형 특징들을 단일 공정에서 만들 수 있습니다. 일부 도구는 여러 동작을 동시에 수행하여 가공 시간을 줄일 수 있습니다.

• 일관성과 반복성: 모든 부품이 동일합니다. 열을 발생시키지 않고 기계적 힘을 사용하므로 금속 내부 구조에 열적 변화가 없습니다. 부품 형상을 ±0.002인치 이내로 쉽게 유지할 수 있습니다.

펀칭의 단점은 무엇인가요?

다양한 장점에도 불구하고 펀칭은 고려해야 할 몇 가지 제한 사항이 있습니다:

• 높은 초기 금형 비용: 펀칭 공구는 비용이 많이 들 수 있습니다. 특정 패턴을 위한 맞춤 다이의 경우 크기와 복잡성에 따라 500달러에서 5000달러 사이의 비용이 발생할 수 있습니다. 소량 생산의 경우 이러한 높은 비용을 회수하는 것이 어려울 수 있습니다.

• 재료 제한: 펀칭은 모든 재료에 적합한 것은 아닙니다. 일반적으로 금속의 경도에 따라 0.010인치에서 0.500인치 두께의 시트를 처리할 수 있습니다. 매우 단단한 금속의 경우 특수 장비나 대체 절단 방법이 필요할 수 있습니다.

• 가변적인 엣지 품질: 스탬핑된 금속의 가장자리는 항상 매끄럽지는 않습니다. 최종 결과는 금속 종류와 공구 상태에 따라 달라집니다. 일부 금속은 거칠거나 균열된 가장자리가 생길 수 있으며, 이로 인해 버 제거 등의 2차 가공이 필요할 수 있습니다.

• 기하학적 제한: 펀칭은 크기 제약이 있습니다. 재료 두께에 비해 매우 작은 구멍은 제작이 불가능합니다. 정교한 형상이나 미세한 곡선을 만들기 위해서는 고가의 프로그레시브 펀칭 다이 또는 여러 단계의 가공 공정이 필요할 수 있습니다.

레이저 절단이란?

레이저 절단은 고강도 집광된 빛의 빔을 사용하여 소정의 절단 경로를 따라 재료를 녹이거나 태우고 기화시키는 방식입니다. 레이저 빔은 극도로 집중되어 정밀한 절단이 가능하지만, 절단 부위 주변에 작은 열영향부(HAZ)를 발생시킵니다.

CO2 레이저는 일반적으로 시트 금속 절단에 사용되며, 10.6마이크론 파장의 적외선을 방출합니다. 그러나 섬유 레이저는 더 뛰어난 절단 성능과 더 높은 에너지 효율성 덕분에 점점 더 널리 사용되고 있습니다.

절단 공정은 여러 가지 동시 작용을 포함합니다. 레이저는 금속을 녹거나 기화될 때까지 가열합니다. 그런 다음 산소, 질소 또는 공기와 같은 보조 가스가 용융된 재료를 절단 홈(kerf)에서 불어냅니다. CNC 장비는 디지털 설계에 의해 정의된 정밀한 경로를 따라 레이저 헤드를 이동시킵니다.

레이저 절단은 레이저 출력과 재료 종류에 따라 최소 0.005인치에서 최대 6인치 두께의 시트 금속을 처리할 수 있습니다.

레이저 절단 공정 이해하기

레이저 절단은 컴퓨터 지원 설계(CAD) 파일을 준비하는 것으로 시작됩니다. 네스팅 소프트웨어는 폐기물을 최소화하기 위해 시트 위에 부품들을 배치합니다. 이후 CNC 프로그래밍이 형상을 기계가 읽을 수 있는 명령어로 변환합니다.

빔 전달 시스템은 레이저 에너지를 발생원에서 절단 헤드로 전달합니다. 광섬유 케이블이나 거울이 빔을 안내하면서 초점을 유지합니다. 집속 렌즈는 에너지를 일반적으로 지름 0.006~0.012인치 크기의 점으로 집중시킵니다.

모션 시스템은 절단 헤드를 극도로 정밀하게 위치시킵니다. 리니어 모터 또는 서보 드라이브를 통해 ±0.001인치 이내의 위치 결정 정확도를 달성합니다. 다축 동기화 운동을 통해 복잡한 윤곽의 고속 절단이 가능합니다.

공정 모니터링은 일관된 절단 품질을 보장합니다. 센서는 천공 지점을 감지하고, 보조 가스 압력을 모니터링하며, 빔 정렬 상태를 추적합니다. 자동 높이 조절 기능을 통해 재료 표면에 대해 최적의 초점 위치를 유지합니다.

레이저 절단의 장점은 무엇입니까?

레이저 절단은 높은 정밀도와 깔끔한 결과로 유명하며, 현대 제조업에 여러 가지 이점을 제공합니다.

• 높은 정밀도 및 정확도: 레이저 절단은 일반적으로 ±0.002인치 정도의 엄격한 공차를 달성하며, 타퍼가 거의 없습니다. 고가의 물리적 공구 없이도 매우 정확하고 정교한 형상을 생산할 수 있습니다.

• 설계 유연성 및 빠른 처리 속도: 설계 변경은 기계 프로그램을 간단히 업데이트함으로써 구현되며, 종종 몇 분 안에 완료됩니다. 이로 인해 레이저 절단은 시제품 제작 및 소량에서 중간 규모의 생산에 이상적입니다.

• 재료 다양성: 레이저 장비는 금속, 플라스틱, 세라믹, 복합재 등 다양한 재료를 절단할 수 있습니다. 얇은 두께와 두꺼운 강판 모두에서 고품질의 결과를 제공합니다.

• 탁월한 가장자리 품질: 절단면은 일반적으로 매우 매끄럽고, 추가 마감 공정이 필요하지 않은 경우가 많습니다. 적절한 설정을 사용하면 절단면이 일직선으로 깨끗하게 나오며 열 영향 부위가 작습니다.

• 공구 마모 없음: 레이저 빔은 재료와 물리적으로 접촉하지 않기 때문에 공구 마모가 없습니다. 이는 펀치 및 다이 세트 교체에 따른 비용과 가동 중단 시간을 제거합니다.

레이저 절단의 주요 단점은 무엇인가요?

정밀도로 유명하지만, 레이저 절단에는 생산 시간, 비용 및 재료 선택에 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 단점들이 있습니다.

• 단순한 형상의 경우 속도가 느림: 레이저 절단은 단순한 형상과 표준 구멍을 가공할 때 펀칭보다 일반적으로 더 느립니다. 여러 번의 패스가 필요한 정밀한 디자인의 경우 전체적인 가공 속도가 저하되며, 이는 마감 기한이 촉박한 대량 생산에서 문제가 될 수 있습니다.

• 높은 운영 비용: 레이저 절단기는 높은 에너지 소비를 요구하며 정기적인 유지보수가 필요합니다. 레이저 튜브, 렌즈, 거울과 같은 부품은 마모되어 교체가 필요하며, 질소나 산소와 같은 보조 가스의 사용 또한 운영 비용을 증가시킵니다.

• 재료 및 두께 제한: 절단 능력은 재료의 종류와 두께에 따라 제한되며, 이는 레이저 출력에 따라 달라집니다. 구리나 알루미늄과 같은 반사성 재료는 절단이 어려울 수 있으며, 매우 두꺼운 재료는 여러 번의 패스 또는 특수 장비가 필요할 수 있습니다.

• 열영향부역(HAZ): 절단 중 가해지는 열로 인해 절단면 근처의 금속조직 특성이 변화할 수 있으며, 이는 부품의 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 일부 응용 분야에서는 HAZ를 제거하기 위해 후처리 공정이 필요할 수 있습니다.

펀칭과 레이저 절단의 차이점은 무엇인가요?

주된 차이는 재료 제거 방식과 결과적으로 생성되는 절단면의 특성에 있습니다.

펀칭은 강력한 기계적 힘을 사용하여 재료를 전단합니다. 이를 통해 매끄러운 전단면과 거친 파열면이 혼합된 특징적인 절단면을 형성하며, 제거된 재료 조각(슬러그)은 주 시트에서 완전히 밀려나갑니다.

반면 레이저 절단은 열 에너지를 이용하여 재료를 제거합니다. 레이저는 절단선을 따라 금속을 녹이거나 기화시켜 '커프(kerf)'라 불리는 매끄럽고 좁은 틈을 만들며, 열영향부를 남깁니다. 펀칭과 달리 레이저는 연속적인 흐름으로 재료를 제거하므로 펀칭으로는 만들 수 없는 매우 복잡한 형상을 구현할 수 있습니다.

펀칭 및 레이저 절단 비교표:

제조 측면에서 펀칭은 구멍 및 단순한 형상과 같은 개별 요소를 고속으로 생성하는 데 뛰어나며, 레이저 절단은 복잡한 윤곽선과 정교한 디테일에 대해 우수한 기하학적 유연성을 제공합니다.

펀칭과 레이저 절단 중 선택 방법?

펀칭과 레이저 절단의 선택은 프로젝트 요구사항에 따라 달라집니다. 생산량, 기하학적 복잡성, 재료 종류 및 전체 비용과 같은 요소들이 모두 중요한 역할을 합니다.

1. 생산량 기준

대량 생산(1,000개 이상의 부품)의 경우 펀칭이 속도와 부품당 낮은 비용 덕분에 종종 더 나은 선택입니다. 설계 테스트 또는 소량 생산의 경우 레이저 절단이 도구 비용이 들지 않기 때문에 더 유연하고 비용 효율적입니다.

2. 부품 크기 및 설계 기준

부품의 기하학적 형상이 매우 중요합니다. 펀칭은 단순한 구멍과 기본적인 형상에 적합합니다. 설계가 복잡한 윤곽선, 섬세한 디테일을 포함하거나 매우 높은 정밀도를 요구하는 경우 레이저 절단이 더 우수한 옵션입니다.

3. 재료 유형 기준

두 가지 방법 모두 얇은 판금(0.125인치 미만)에 잘 작동합니다. 두꺼운 재료의 경우 일반적으로 레이저 절단이 더 우수한 성능을 발휘합니다. 구리나 무처리 알루미늄과 같이 반사율이 매우 높은 금속은 레이저 절단기에 어려움을 초래할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

4. 비용 및 효율성 기준

최적의 가치를 찾기 위해서는 기계 가동 시간뿐 아니라 총비용을 고려해야 합니다. 펀칭 공정은 비싼 맞춤 공구와 설치 시간이 소요될 수 있습니다. 레이저 절단은 부품당 처리 속도가 느릴 수 있지만, 추가 가공 공정이 적게 필요한 경우가 많습니다. 최선의 선택은 특정 생산 요구사항에 따라 달라집니다.

펀칭은 단순한 형상의 부품을 대량 생산할 때 이상적입니다. 특히 원이나 사각형과 같은 기본적인 형상의 경우 빠르고 부품당 비용이 낮습니다. 레이저 절단은 낮은 생산 수량이라도 큰 크기의 복잡한 형상에 더 적합합니다. 약간 더 높은 부품당 비용이 들지만, 더 높은 정밀도와 유연성을 제공합니다.

최적의 선택은 궁극적으로 필요한 부품 수량, 설계 복잡성 및 예산에 따라 달라집니다. 많은 전문 제조업체들은 두 가지 방식을 모두 활용하며, 각각의 특정 작업에 가장 적합한 공정을 선택합니다. 펀칭과 레이저 절단을 병행하면 종종 전체적으로 가장 우수한 결과를 얻을 수 있습니다.