레이저 커팅에 대한 기본 지식을 마스터해야 합니다!

집중된 레이저 빔이 작업물에 비추면 조사 영역이 빠르게 가열되어 재료가 녹거나 기화됩니다. 레이저 빔이 공작물을 관통하면 절단 공정이 시작됩니다. 레이저 빔은 재료를 녹이는 동안 윤곽선을 따라 이동합니다. 일반적으로 공기 제트를 사용하여 절개 부위에서 녹은 재료를 불어내면 절단 부분과 플레이트 프레임 사이에 초점이 맞춰진 레이저 빔만큼 넓은 좁은 간격이 남습니다.
화염 절단
화염 절단은 산소를 절단 가스로 사용하여 저탄소강을 절단하는 데 사용되는 표준 공정입니다. 산소는 최대 6bar까지 가압되어 절개 부위에 불어 넣어집니다. 그곳에서 가열된 금속은 산소와 반응하여 연소되고 산화되기 시작합니다. 화학 반응은 절단 시 레이저 빔을 보조하기 위해 많은 양의 에너지(레이저 에너지의 최대 5배)를 방출합니다.

그림 1: 레이저 빔 용융 공작물, 절개부에서 용융된 재료와 슬래그를 불어내는 절단 가스
녹는 절단
용융 절단은 금속 절단에 사용되는 또 다른 표준 공정입니다. 세라믹과 같은 다른 용해성 재료를 절단하는 데에도 사용할 수 있습니다.
절단 가스로 질소나 아르곤 가스를 사용하고 절개 부위를 통해 2-20bar의 압력으로 가스를 불어넣습니다. 아르곤과 질소는 불활성 가스입니다. 즉, 절개 부위의 용융 금속과 반응하지 않고 바닥 쪽으로만 불어냅니다. 한편, 불활성 가스는 공기 산화로부터 최첨단을 보호할 수 있습니다.
압축공기 절단
압축 공기는 얇은 판을 절단하는 데에도 사용할 수 있습니다. 5-6 bar의 공기압은 절개 부위의 용융 금속을 날려버리기에 충분합니다. 공기의 거의 80%가 질소 가스이기 때문에 압축 공기 절단은 기본적으로 용융 절단입니다.
플라즈마 보조 절단
매개변수를 적절하게 선택하면 플라즈마 보조 용융 절단 절개부에 플라즈마 구름이 나타납니다. 플라즈마 구름은 이온화된 금속 증기와 이온화된 절단 가스로 구성됩니다. 플라즈마 클라우드는 CO2 레이저의 에너지를 흡수하여 가공물로 변환하여 가공물에 더 많은 에너지를 결합시켜 재료가 더 빨리 녹고 절단 속도가 빨라집니다. 따라서 이러한 절단 공정을 고속 플라즈마 절단이라고도 합니다.
플라즈마 구름은 실제로 고체 레이저에 비해 투명하므로 플라즈마 보조 용융 및 절단에서는 CO2 레이저만 사용할 수 있습니다.

가스화 절단
가스화 절단은 재료를 증발시키고 주변 재료에 대한 열 영향을 최대한 최소화합니다. 위의 효과는 지속적인 CO2 레이저 처리를 사용하여 얇은 플라스틱 필름, 목재, 종이, 폼 및 기타 비가용성 재료와 같이 열이 낮고 흡수율이 높은 재료를 증발시킴으로써 달성할 수 있습니다.
초단펄스 레이저를 사용하면 이 기술을 다른 재료에도 적용할 수 있습니다. 금속의 자유 전자는 레이저를 흡수하여 격렬하게 가열됩니다. 레이저 펄스는 용융된 입자 및 플라즈마와 반응하지 않으며, 물질은 시간 없이 직접 승화되어 에너지를 열의 형태로 주변 물질에 전달합니다. 재료의 피코초 펄스 제거 중에는 심각한 열 효과, 용융 또는 버 형성이 없습니다.

그림 3 가스화 절단 : 레이저는 재료의 증발과 연소를 일으키고, 증기의 압력으로 인해 절개부에서 슬래그가 배출됩니다.
매개변수: 가공 공정 조정
많은 매개변수가 레이저 절단 프로세스에 영향을 미치며, 그 중 일부는 레이저 및 공작 기계의 기술적 성능에 따라 달라지고 다른 매개변수는 가변적입니다.
편광도
편광도는 레이저의 몇 퍼센트가 변환되는지를 나타냅니다. 일반적인 편광도는 일반적으로 약 90%입니다. 이것은 고품질 절단에 충분합니다.
초점 직경
초점 직경은 절개 폭에 영향을 미치며 초점 렌즈의 초점 거리를 변경하여 변경할 수 있습니다. 초점 직경이 작을수록 절개 부위가 좁아집니다.
초점 위치
초점 위치에 따라 가공물 표면의 빔 직경과 출력 밀도, 절개 형태가 결정됩니다.

그림 4 초점 위치: 공작물 내부, 공작물 표면, 공작물 위
레이저 파워
레이저 출력은 가공 유형, 재료 유형 및 두께와 일치해야 합니다. 공작물의 전력 밀도가 처리 임계값을 초과할 만큼 전력이 충분히 높아야 합니다.

그림 5: 레이저 출력이 높을수록 두꺼운 재료를 절단할 수 있습니다.
작업 모드
연속 모드는 주로 금속 및 플라스틱의 표준 윤곽을 밀리미터에서 센티미터 크기로 절단하는 데 사용됩니다. 천공을 녹이거나 정확한 윤곽을 생성하기 위해 저주파 펄스 레이저가 사용됩니다.
절단 속도
레이저 출력과 절단 속도는 서로 일치해야 합니다. 절단 속도가 너무 빠르거나 느리면 거칠기가 증가하고 버가 형성될 수 있습니다.

그림 6: 플레이트 두께가 증가함에 따라 절단 속도가 감소합니다.
노즐 직경
노즐의 직경은 노즐에서 분출되는 가스 유량과 기류 형태를 결정합니다. 재료가 두꺼울수록 가스 제트의 직경이 커지고 이에 따라 노즐 입구의 직경도 커져야 합니다.
가스 순도 및 압력
산소와 질소는 종종 절단 가스로 사용됩니다. 가스의 순도와 압력은 절단 효과에 영향을 미칩니다.
산소 화염 절단을 사용할 때 가스 순도는 99.95%에 도달해야 합니다. 강판이 두꺼울수록 사용되는 가스 압력은 낮아집니다.
용융 및 절단에 질소를 사용할 경우 가스 순도는 99.995%(이상적으로는 99.999%)에 도달해야 하며, 두꺼운 강판을 용융 및 절단하려면 더 높은 공기압이 필요합니다.
기술적인 매개변수 테이블
레이저 절단 초기 단계에서는 사용자가 시운전을 통해 가공 매개변수 설정을 결정해야 했습니다. 이제 성숙한 가공 매개변수가 절단 시스템의 제어 장치에 저장됩니다. 각 재료 유형 및 두께에 해당하는 데이터가 있습니다. 기술 매개변수 표를 사용하면 이 기술에 익숙하지 않은 사람이라도 레이저 절단 장비를 원활하게 작동할 수 있습니다.
레이저 절단 품질을 평가하는 요소
레이저 절단 모서리의 품질을 판단하는 기준은 다양합니다. 버(Burr), 압흔, 패턴과 같은 표준은 육안으로 확인할 수 있습니다. 수직성, 거칠기, 절개 폭 등은 특수 장비를 이용해 측정해야 합니다. 재료 증착, 부식, 열 영향을 받는 부위 및 변형도 레이저 절단 품질을 측정하는 데 중요한 요소입니다.

그림 7: 좋은 절단, 나쁜 절단. 절단면의 품질을 평가하는 표준
광범위한 전망
레이저 절단의 지속적인 성공은 대부분의 다른 가공 방법으로는 불가능합니다. 앞으로 레이저 절단의 응용 전망도 점점 더 넓어질 것입니다.