레이저 절단 알루미늄이 금속 제조 규칙을 어떻게 바꾸었나요?

레이저 절단 알루미늄은 재료의 높은 열 전도성과 광학 반사율을 고려할 때 결코 쉬운 일이 아닙니다. 그러나 여러 면에서 파이버 레이저는 판도를 바꾸었습니다. 게티 이미지

파이버 레이저는 속도뿐 아니라 파장 측면에서도 레이저 절단의 판도를 바꾸었습니다. CO2 레이저 빔의 10.6미크론 파장은 레이저 절단 산업이 탄생한 이후 수십 년 동안 성공을 거두었지만, 비철 재료의 경우 광학 반사율이 추악한 모습을 보였습니다. 이 복잡한 레이저 절단 방식은 비철 재료를 크게 절단하는 것입니다. CO2 레이저를 사용한 구리 및 황동 절단은 드물었지만 일부 끈질긴 제작자가 위업을 달성했습니다.

물론 CO2 레이저로 알루미늄을 절단하는 것은 매우 일반적입니다. 그러나 CO2의 10.6미크론 파장은 여전히 ​​이상적이지 않으므로 프로세스는 더 큰 사각형 구멍에 작은 둥근 못을 쥐어짜는 것과 약간 비슷합니다. 불가능한 것은 아닙니다. 말뚝은 여전히 ​​구멍에 맞지만 고정하려면 약간의 노력이 필요합니다.

그러다가 금세기 초에 광섬유 레이저가 1미크론 파장으로 전쟁에 뛰어들었습니다. 공장에서 가장 흔히 사용되는 금속은 10.6미크론 파장보다 1미크론 파장을 더 많이 흡수하고 덜 반사합니다. 실제로 파이버 레이저 분야에서는 구리와 황동과 마찬가지로 알루미늄도 매우 잘 절단됩니다.

그렇다면 제작자가 파이버 레이저를 사용하여 알루미늄이나 기타 비철 재료를 깔끔하게 절단할 때 커프 자체에서는 정확히 어떤 일이 발생합니까? 이 질문에 답하기 위해 The FABRICATOR는 Air Liquide의 펜실베니아주 Conshohocken 사무실에서 기술 펠로우이자 금속 제조 및 건설 분야의 글로벌 시장 이사인 Charles Caristan 박사와 이야기를 나눴습니다. 레이저 절단 분야의 오랜 전문가인 Caristan은 SME에서 출판한 제조용 레이저 절단 가이드의 저자입니다.

Caristan이 설명했듯이 비철 절단 방법에는 빔 파장보다 더 많은 것이 있습니다. 다른 구성 요소에는 출력 밀도, 빔 포커싱, 커프 폭, 보조 가스 유형 및 유량이 포함됩니다. 이 모든 것을 올바른 방법으로 혼합하면 CO2 레이저 광선으로 절단하기에는 반사율이 너무 높은 것으로 간주되었던 다양한 비철 재료에서도 파이버 레이저의 놀라운 절단 속도와 깔끔한 절단을 얻을 수 있습니다.

다음 내용에서는 대부분의 절단 기계에 대해 장비 제조업체가 설정하는 특정 절단 매개변수를 다루지 않습니다. 일부 제작자는 이러한 공장 설정을 사용하고 다른 제작자는 응용 분야 요구 사항에 따라 이를 조정합니다. 다음은 기본적으로 "비포토닉스 저널" 용어로 이러한 매개변수가 작동하는 방식으로 작동하는 이유를 설명합니다.

누군가 레이저 절단 작업이 불가능하거나 비실용적이라고 말한다면 어딘가의 제작자가 이를 가능하고 실용적으로 만들었을 가능성이 있습니다. 예를 들어, Caristan은 몇 년 전 2.5kW CO2 레이저를 사용하여 0.125인치 두께의 구리 합금을 절단한 제작업체를 방문했던 일을 회상했습니다. "제조업체는 수년 동안 이런 일을 해왔습니다."라고 그는 말했습니다. "커팅 헤드가 천천히 움직이기 때문에 작업자는 냉각을 위해 절단 사이클을 중간에 멈춰야 했습니다. 예쁘지는 않았지만 가능했습니다."

비철재료의 레이저 절단은 장애물을 극복하고 극복해 온 역사를 가지고 있습니다. Caristan이 설명했듯이 CO2 레이저를 초기에 채택한 사람들은 반사 재료를 절단할 때 심각한 성장통을 경험했습니다. 초기에 그들은 알루미늄의 낮은 흡수 특성이 역반사를 일으키는 효과를 보았습니다.

Caristan은 "그래서 레이저 절단 공정의 효율성이 떨어졌을 뿐만 아니라 광학 시스템을 통한 역반사를 처리해야 했고 레이저 공진기의 공동까지 돌아가서 종종 파괴해야 했습니다."라고 말했습니다. 그 이후로 많은 것을 배웠습니다. 파이버 레이저 시스템을 포함한 대부분의 기계에는 역반사를 완화하거나 방지하는 광학 장치와 수치 제어 기능이 내장되어 있습니다."

도구 및 금형 제작자는 재료의 강도와 전단 특성에 주의를 기울입니다. 레이저 절단 매개변수를 개발하는 엔지니어와 기술자는 재료의 흡수 및 반사 특성을 포함하여 다른 곳에 초점을 맞춥니다. 녹는 점; 용융된 물질의 점도; 열 전도성; 필름 및 코팅을 포함한 재료 표면 상태.