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제조 분야의 레이저 가공 소개
레이저 가공 기술은 급속한 발전을 거듭해 왔으며 항공우주, 자동차, 전자 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이는 오염과 재료 소비를 줄이는 동시에 제품 품질, 노동 생산성 및 자동화를 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다(Gong, 2012).
금속 및 비금속 재료의 레이저 가공
지난 10년 동안 레이저 가공의 주요 응용 분야는 절단, 용접, 클래딩을 포함한 금속 재료였습니다. 그러나 최근에는 섬유, 유리, 플라스틱, 폴리머, 세라믹 등 비금속 소재로 영역이 확대되고 있다. 이러한 각 재료는 이미 가공 기술을 확립했지만 다양한 산업에서 기회를 열어줍니다(Yumoto et al., 2017).
유리 레이저 가공의 도전과 혁신
자동차, 건설, 전자와 같은 산업에서 폭넓게 응용되는 유리는 레이저 가공의 중요한 영역을 나타냅니다. 경질 합금이나 다이아몬드 도구를 사용하는 전통적인 유리 절단 방법은 효율성이 낮고 가장자리가 거칠다는 한계가 있습니다. 대조적으로, 레이저 절단은 보다 효율적이고 정확한 대안을 제공합니다. 이는 레이저 절단이 카메라 렌즈 커버와 대형 디스플레이 화면에 사용되는 스마트폰 제조와 같은 산업에서 특히 두드러집니다(Ding et al., 2019).
고부가가치 유리 유형의 레이저 가공
광학 유리, 석영 유리, 사파이어 유리 등 다양한 유형의 유리는 깨지기 쉬운 특성으로 인해 독특한 문제를 안고 있습니다. 그러나 펨토초 레이저 에칭과 같은 고급 레이저 기술을 통해 이러한 재료의 정밀 가공이 가능해졌습니다(Sun & Flores, 2010).
레이저 기술 프로세스에 대한 파장의 영향
레이저의 파장은 특히 구조용 강철과 같은 재료의 경우 공정에 큰 영향을 미칩니다. 자외선, 가시광선, 근적외선, 원적외선 영역에서 방출되는 레이저는 용융 및 증발을 위한 임계 전력 밀도에 대해 분석되었습니다(Lazov, Angelov, & Teirumnieks, 2019).
파장에 따른 다양한 응용
레이저 파장의 선택은 임의적이지 않고 재료의 특성과 원하는 결과에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, UV 레이저(파장이 더 짧음)는 더 미세한 세부 사항을 생성할 수 있으므로 정밀 조각 및 미세 가공에 탁월합니다. 이는 반도체 및 마이크로 전자공학 산업에 이상적입니다. 대조적으로, 적외선 레이저는 더 깊은 침투 능력으로 인해 두꺼운 재료 가공에 더 효율적이므로 중공업 응용 분야에 적합합니다. (Majumdar & Manna, 2013). 마찬가지로 일반적으로 532nm의 파장에서 작동하는 녹색 레이저는 열 영향을 최소화하면서 높은 정밀도를 요구하는 응용 분야에서 틈새 시장을 찾습니다. 이는 회로 패터닝과 같은 작업을 위한 마이크로 전자 공학, 광응고와 같은 절차를 위한 의료 응용 분야, 태양 전지 제조를 위한 재생 에너지 분야에서 특히 효과적입니다. 녹색 레이저의 고유한 파장은 또한 높은 대비와 최소한의 표면 손상이 요구되는 플라스틱 및 금속을 포함한 다양한 재료를 마킹하고 조각하는 데 적합합니다. 녹색 레이저의 이러한 적응성은 레이저 기술에서 파장 선택의 중요성을 강조하여 특정 재료 및 응용 분야에 대한 최적의 결과를 보장합니다.
그만큼525nm 녹색 레이저525나노미터 파장에서 뚜렷한 녹색 빛을 방출하는 것이 특징인 특정 유형의 레이저 기술입니다. 이 파장의 녹색 레이저는 높은 출력과 정밀도가 유리한 망막 광응고에 응용됩니다. 또한 재료 가공, 특히 정밀하고 최소한의 열 충격 가공이 필요한 분야에서 잠재적으로 유용합니다..524~532nm의 더 긴 파장을 향한 c면 GaN 기판의 녹색 레이저 다이오드 개발은 레이저 기술의 상당한 발전을 의미합니다. 이러한 개발은 특정 파장 특성이 필요한 응용 분야에 매우 중요합니다.
연속파 및 모델잠금 레이저 소스
1064 nm의 근적외선(NIR), 532 nm의 녹색, 355 nm의 자외선(UV)과 같은 다양한 파장의 연속파(CW) 및 모델 잠금 준 CW 레이저 소스가 레이저 도핑 선택적 방출기 태양 전지로 고려됩니다. 다양한 파장은 제조 적응성과 효율성에 영향을 미칩니다(Patel et al., 2011).
광대역 갭 재료용 엑시머 레이저
UV 파장에서 작동하는 엑시머 레이저는 유리 및 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP)와 같은 넓은 밴드갭 재료를 가공하는 데 적합하며 높은 정밀도와 최소한의 열 영향을 제공합니다(Kobayashi et al., 2017).
산업용 응용 분야를 위한 Nd:YAG 레이저
Nd:YAG 레이저는 파장 조정 측면에서 적응성을 갖추고 있어 광범위한 응용 분야에 사용됩니다. 1064 nm와 532 nm 모두에서 작동할 수 있어 다양한 재료를 유연하게 처리할 수 있습니다. 예를 들어, 1064nm 파장은 금속의 깊은 조각에 이상적인 반면, 532nm 파장은 플라스틱 및 코팅된 금속에 고품질 표면 조각을 제공합니다(Moon et al., 1999).
→관련 상품：1064nm 파장의 CW 다이오드 펌프 고체 레이저
고출력 파이버 레이저 용접
1000nm에 가까운 파장을 가지며 우수한 빔 품질과 높은 출력을 지닌 레이저는 금속의 키홀 레이저 용접에 사용됩니다. 이러한 레이저는 재료를 효율적으로 기화하고 녹여 고품질 용접을 생성합니다(Salminen, Piili, & Purtonen, 2010).
레이저 가공과 다른 기술의 통합
클래딩 및 밀링과 같은 다른 제조 기술과 레이저 가공의 통합으로 인해 보다 효율적이고 다양한 생산 시스템이 탄생했습니다. 이러한 통합은 공구 및 금형 제조, 엔진 수리와 같은 산업에서 특히 유용합니다(Nowotny et al., 2010).
신흥 분야의 레이저 가공
레이저 기술의 적용은 반도체, 디스플레이, 박막 산업과 같은 신흥 분야로 확장되어 새로운 기능을 제공하고 재료 특성, 제품 정밀도 및 장치 성능을 향상시킵니다(Hwang et al., 2022).
레이저 가공의 미래 동향
레이저 가공 기술의 미래 개발은 새로운 제조 기술, 제품 품질 개선, 통합 다중 재료 구성 요소 엔지니어링, 경제적 및 절차적 이점 향상에 중점을 두고 있습니다. 여기에는 제어된 다공성을 갖춘 구조물의 레이저 신속한 제조, 하이브리드 용접, 금속 시트의 레이저 프로파일 절단이 포함됩니다(Kukreja et al., 2013).
다양한 응용 분야와 지속적인 혁신을 통해 레이저 가공 기술은 제조 및 재료 가공의 미래를 형성하고 있습니다. 다재다능함과 정밀도 덕분에 다양한 산업 분야에서 없어서는 안 될 도구로 자리잡았고, 전통적인 제조 방법의 한계를 뛰어넘었습니다.
Lazov, L., Angelov, N., & Teirumnieks, E. (2019). 레이저 기술 공정의 임계 출력 밀도를 예비적으로 추정하는 방법.환경. 기술. 자원. 국제 과학 및 실무 회의의 진행. 링크
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A., & Bovatsek, J. (2011). 532nm 연속파(CW) 및 모델잠금 Quasi-CW 레이저 소스를 사용하는 레이저 도핑 선택적 이미터 태양전지의 고속 제작.링크
고바야시, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J., & Mizoguchi, H. (2017). 유리 및 CFRP용 DUV 고출력 레이저 가공.링크
문희, 이진, 이영, 차범, 이진, 김경수. (1999). KTP 수정을 사용하는 확산 반사판형 다이오드 측면 펌핑 Nd:YAG 레이저를 통해 효율적인 공동 내 주파수를 두 배로 늘립니다.링크
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게시 시간: 2024년 1월 18일