3D 레이저 가공의 진화

3D 레이저 가공과 관련하여 항공우주 산업은 이 기술의 주요 사용자로 두드러집니다. 이 응용 분야에서는 레이저가 터빈 엔진 블레이드에 냉각 구멍을 뚫습니다. 이미지: Prima Power Laserdyne

대화에서 "다중 프로세스 레이저 가공 기계"라는 문구가 나올 때 금속 제조 업체의 마음 속에 가장 먼저 떠오르는 생각은 무엇입니까? 아마도 레이저 절단 및 펀칭 복합 기계일 것입니다.

일부 업계 베테랑이라면 40여년 전 당시 국제 공작기계 박람회(International Machine Tool Show)로 알려졌던 국제 제조 기술 박람회(International Manufacturing Technology Show)에서 첫 선을 보인 최초의 "콤비네이션" 기계를 기억할 수도 있습니다. Strippit은 CO2 레이저를 터릿 펀치 프레스에 배치했고, 이는 큰 인기를 얻었습니다. 레이저 절단 기술이 대부분의 작업장에서 블랭크를 생산하는 지배적인 방법이 될 정도로 말입니다.

그러나 일부 고정밀 금속 가공업체에게 다중 프로세스 레이저는 또 다른 의미를 갖습니다. 이들 유형의 레이저 가공 공작 기계의 기원은 최초의 CO2 레이저/터릿 펀치 복합 기계가 출시된 지 몇 년 후로 거슬러 올라갑니다. 미네소타의 일부 엔지니어는 3개의 축으로 이동할 수 있는 집중된 CO2 레이저 빔을 절단 및 용접에 사용할 수 있는 기계를 개발했습니다. 이것은 레이저가 고정되어 있고 금속 시트가 부착된 테이블이 레이저 아래로 이동하는 경우가 아닙니다. 이 경우 공작물은 고정되어 있고 빔이 해당 공작물에 전달되었습니다.

이 3D 레이저 기계는 초기에 팬을 찾았습니다. Harley-Davidson은 이를 사용하여 딥드로잉 부품을 다듬었습니다. 그런 다음 용접된 컴퓨터 프레임을 드릴링하고 절단하는 장치를 찾고 있던 Xerox를 위해 C축과 D축을 따라 이동할 수 있는 레이저 가공 기계가 개발되었습니다.

3D 레이저 가공 기계 제조업체인 Prima Power Laserdyne의 베테랑 직원인 Mark Barry는 "당시에는 이는 비전통적인 가공으로 간주되었습니다."라고 말했습니다. "사람들은 레이저에 대해 잘 몰랐습니다. 회의적인 시각도 많았습니다."

레이저에 대한 회의론은 확실히 지금은 존재하지 않습니다. 그 중 많은 부분이 CO2 레이저 기술을 통해 가능해졌으며, 이는 수년 동안 많은 금속 제조 회사의 주력 제품이었습니다.

그러나 광섬유 레이저 기술이 발전하면서 상황이 바뀌기 시작했습니다. CO2 기술의 경우처럼 레이저를 생성하기 위해 거울과 가스가 있는 대형 공진기가 필요한 대신 광섬유 케이블 내에서 광섬유 레이저가 생성되어 전달됩니다.

파이버 레이저 기술은 CO2 레이저와 비교할 때 많은 이점을 가지고 있습니다. 파이버 레이저는 CO2 레이저(10.6미크론)보다 더 짧은 파장(1.06미크론)을 갖습니다. 이는 파이버 레이저가 더 큰 흡수 특성을 나타냈음을 의미합니다. 이는 더 높은 절단 속도와 구리, 황동, 알루미늄과 같은 반사 재료를 훨씬 더 좋고 안전하게 절단할 수 있는 능력으로 해석됩니다. 파이버 레이저의 집중된 빔은 유사한 출력의 CO2 레이저보다 더 큰 출력 밀도를 보여줍니다. 레이저 빔 출력 밀도가 높을수록 금속을 더 빨리 용융 상태로 만들 수 있어 더 빠르게 절단할 수 있습니다. 또한 파이버 레이저는 CO2 레이저보다 에너지 효율이 훨씬 높고 유지 관리가 덜 필요합니다.

그것은 꽤 이력서이며 파이버 레이저가 이제 2D 및 3D 세계 모두에서 절단과 관련하여 지배적인 기술이라는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

Barry는 "과거에는 레이저 절단기를 켜고 예열될 때까지 약 15분 정도 기다렸습니다."라고 말했습니다. "그럼 처리를 시작할 수 있겠네요.

와이어 피더와 보호 가스의 최적 분산을 통해 레이저를 사용하여 돔형 티타늄 항공우주 부품과 같은 다양한 반응성 재료를 용접할 수 있습니다.

"오늘 파이버 레이저를 사용하면 전원을 켜고 즉시 처리를 시작할 수 있습니다. 전날 기계를 정지했을 때와 동일한 빔 특성과 품질을 갖게 될 것입니다."

1990년대 중반의 파이버 레이저 기술은 연속파 기술이라는 것이 있었습니다. 당시에는 3D 레이저 가공의 주요 응용 분야 중 하나로 떠오르던 드릴링 작업에는 적합하지 않았습니다.