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제조업에서의 레이저 가공 소개
레이저 가공 기술은 급속한 발전을 거듭하며 항공우주, 자동차, 전자 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 레이저 가공 기술은 제품 품질, 노동 생산성, 자동화 향상에 중요한 역할을 하며, 오염과 재료 소비를 줄이는 데에도 기여하고 있습니다(Gong, 2012).
금속 및 비금속 재료의 레이저 가공
지난 10년 동안 레이저 가공은 주로 절단, 용접, 클래딩 등 금속 소재에 적용되어 왔습니다. 그러나 이 분야는 섬유, 유리, 플라스틱, 폴리머, 세라믹과 같은 비금속 소재로 확장되고 있습니다. 이러한 소재들은 이미 확립된 가공 기술을 보유하고 있지만, 다양한 산업 분야에서 새로운 가능성을 열어주고 있습니다(Yumoto et al., 2017).
유리 레이저 가공의 과제와 혁신
자동차, 건설, 전자 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되는 유리는 레이저 가공의 중요한 분야입니다. 경질 합금이나 다이아몬드 공구를 사용하는 기존 유리 절단 방식은 낮은 효율과 거친 모서리라는 한계가 있습니다. 이와 대조적으로 레이저 절단은 더욱 효율적이고 정밀한 대안을 제공합니다. 특히 스마트폰 제조와 같이 카메라 렌즈 커버와 대형 디스플레이 화면에 레이저 절단이 사용되는 산업에서 이러한 경향이 두드러집니다(Ding et al., 2019).
고부가가치 유리 유형의 레이저 가공
광학 유리, 석영 유리, 사파이어 유리 등 다양한 종류의 유리는 취성으로 인해 고유한 어려움을 겪습니다. 그러나 펨토초 레이저 에칭과 같은 첨단 레이저 기술은 이러한 소재의 정밀 가공을 가능하게 했습니다(Sun & Flores, 2010).
레이저 기술 공정에 대한 파장의 영향
레이저의 파장은 공정, 특히 구조용 강재와 같은 재료의 공정에 상당한 영향을 미칩니다. 자외선, 가시광선, 근적외선, 원적외선 영역에서 방출되는 레이저는 용융 및 증발에 대한 임계 출력 밀도가 분석되었습니다(Lazov, Angelov, & Teirumnieks, 2019).
파장에 따른 다양한 응용 분야
레이저 파장의 선택은 임의적인 것이 아니라 재료의 특성과 원하는 결과에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 파장이 짧은 UV 레이저는 더욱 미세한 디테일을 생성할 수 있어 정밀 조각 및 미세 가공에 탁월합니다. 따라서 반도체 및 마이크로전자 산업에 이상적입니다. 반대로, 적외선 레이저는 침투력이 더 깊어 두꺼운 재료 가공에 더욱 효율적이며, 중공업 분야에 적합합니다. (Majumdar & Manna, 2013). 마찬가지로, 일반적으로 532nm 파장에서 작동하는 녹색 레이저는 열 영향을 최소화하면서 고정밀을 요구하는 분야에서 활용도가 높습니다. 특히 회로 패터닝과 같은 마이크로전자 분야, 광응고술과 같은 의료 분야, 그리고 태양 전지 제조와 같은 재생 에너지 분야에서 매우 효과적입니다. 녹색 레이저의 고유한 파장은 플라스틱 및 금속을 포함한 다양한 재료의 마킹 및 조각에 적합하며, 높은 대비와 최소한의 표면 손상이 요구됩니다. 녹색 레이저의 이러한 적응성은 레이저 기술에서 파장 선택의 중요성을 강조하며, 특정 소재와 응용 분야에 최적의 결과를 보장합니다.
그만큼525nm 그린 레이저525nm 파장에서 뚜렷한 녹색광 방출을 특징으로 하는 특정 유형의 레이저 기술입니다. 이 파장의 녹색 레이저는 망막 광응고술에 적용되며, 높은 출력과 정밀성이 장점입니다. 또한, 특히 정밀하고 최소한의 열 충격 가공이 필요한 분야의 재료 가공에도 잠재적으로 유용합니다..c-평면 GaN 기판에서 524~532nm의 장파장을 갖는 녹색 레이저 다이오드의 개발은 레이저 기술에 있어 중요한 진전을 의미합니다. 이러한 발전은 특정 파장 특성을 요구하는 응용 분야에 매우 중요합니다.
연속파 및 모드 잠금 레이저 소스
1064nm의 근적외선(NIR), 532nm의 녹색광, 355nm의 자외선(UV)과 같은 다양한 파장의 연속파(CW) 및 모드락 준연속파(QQW) 레이저 광원이 선택적 에미터 태양 전지의 레이저 도핑에 고려됩니다. 다양한 파장은 제조 적응성과 효율에 영향을 미칩니다(Patel et al., 2011).
와이드 밴드갭 소재용 엑시머 레이저
UV 파장에서 작동하는 엑시머 레이저는 유리나 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP)와 같은 광대역 밴드갭 소재를 처리하는 데 적합하며, 높은 정밀도와 최소한의 열 영향을 제공합니다(Kobayashi et al., 2017).
산업용 Nd:YAG 레이저
Nd:YAG 레이저는 파장 조정 측면에서 뛰어난 적응성을 갖추고 있어 광범위한 응용 분야에 사용됩니다. 1064nm와 532nm 모두에서 작동할 수 있어 다양한 소재를 가공하는 데 유연성을 제공합니다. 예를 들어, 1064nm 파장은 금속의 깊은 조각에 적합하며, 532nm 파장은 플라스틱 및 코팅된 금속의 고품질 표면 조각에 적합합니다.(Moon et al., 1999).
→관련 상품：1064nm 파장의 CW 다이오드 펌핑 고체 레이저
고출력 파이버 레이저 용접
금속의 키홀 레이저 용접에는 1000nm에 가까운 파장을 가진 레이저가 사용되며, 빔 품질이 우수하고 출력이 높습니다. 이 레이저는 재료를 효율적으로 기화시키고 용융시켜 고품질 용접을 생성합니다(Salminen, Piili, & Purtonen, 2010).
레이저 가공과 다른 기술의 통합
레이저 가공을 클래딩 및 밀링과 같은 다른 제조 기술과 통합함으로써 더욱 효율적이고 다재다능한 생산 시스템이 구축되었습니다. 이러한 통합은 특히 공구 및 금형 제조, 엔진 수리와 같은 산업에 유용합니다(Nowotny et al., 2010).
신흥 분야의 레이저 가공
레이저 기술의 응용은 반도체, 디스플레이, 박막 산업과 같은 신흥 분야로 확장되어 새로운 기능을 제공하고 재료 특성, 제품 정밀도, 장치 성능을 개선합니다(Hwang et al., 2022).
레이저 가공의 미래 동향
레이저 가공 기술의 미래 발전은 새로운 제조 기법, 제품 품질 향상, 통합 다재다능한 부품 설계, 그리고 경제적 및 공정적 이점 향상에 집중될 것입니다. 여기에는 기공률을 제어한 구조물의 레이저 쾌속 제조, 하이브리드 용접, 그리고 금속판의 레이저 프로파일 절단이 포함됩니다(Kukreja et al., 2013).
다양한 응용 분야와 끊임없는 혁신을 통해 레이저 가공 기술은 제조 및 소재 가공의 미래를 형성하고 있습니다. 다재다능함과 정밀성을 갖춘 레이저 가공 기술은 다양한 산업에서 필수적인 도구로 자리매김하며 기존 제조 방식의 경계를 확장하고 있습니다.
Lazov, L., Angelov, N., & Teirumnieks, E. (2019). 레이저 기술 공정에서 임계 출력 밀도의 예비 추정 방법.환경. 기술. 자원. 국제 과학 및 실무 컨퍼런스 회의록. 링크
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A., & Bovatsek, J. (2011). 532nm 연속파(CW) 및 모드락 준연속파(QCW) 레이저 광원을 이용한 레이저 도핑 선택적 에미터 태양 전지의 고속 제작.링크
고바야시, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J., & Mizoguchi, H. (2017). 유리 및 CFRP용 DUV 고출력 레이저 가공.링크
문희수, 이정수, 이영수, 차병수, 이정수, 김경수 (1999). KTP 결정을 이용한 확산 반사형 다이오드 측면 펌핑 Nd:YAG 레이저의 효율적인 공동 내 주파수 배가.링크
Salminen, A., Piili, H., & Purtonen, T. (2010). 고출력 파이버 레이저 용접의 특징.기계공학회 회의록, C부: 기계공학과학 저널, 224, 1019-1029.링크
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Kukreja, LM, Kaul, R., Paul, C., Ganesh, P., & Rao, BT (2013). 미래 산업 응용 분야를 위한 새로운 레이저 재료 가공 기술.링크
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게시 시간: 2024년 1월 18일