레이저 가공이란?

판금 가공에서는 금속을 자를 때 레이저를 사용하는 경우도 많습니다. 또한 최근에는 종이나 목재를 레이저로 가공하는 기계도 증가했습니다. 이번에는 레이저 가공에 대해서 기능과 종류 그리고 사용할 수 있는 소재 등도 포함하여 설명합니다.

레이저 가공이란

레이저는 매우 직진성 높은 빛입니다. 레이저 에너지를 높여 가면 조사된 부분이 가열됩니다. 레이저 가공은 이 열을 사용하여 금속이나 목재, 수지 등을 자르거나 금속을 용접하거나 다양한 가공에 이용되고 있습니다.

레이저 가공의 장점

미세 가공

레이저 가공기는 복잡한 형상이나 미세한 가공에 뛰어납니다. 레이저광의 스팟 직경이나 파장, 출력 등의 특성을 조정하면 미크론 단위의 가공을 실현할 수 있습니다.

정밀 가공

레이저 가공은 재료에 비접촉으로 물리적인 힘을 가하지 않으므로 가공으로 인한 변형이 적습니다. 또한 1점에만 열을 집중시키므로 열 변형이 적다는 특징도 있습니다.

높은 에너지 밀도

레이저광을 렌즈에 의해 집약하여 높은 에너지 밀도로 하면 금속이나 세라믹 등 다양한 재질을 녹일 수 있습니다. 레이저 가공은 다른 재질의 용접도 가능합니다.

레이저 가공의 단점

안전면

레이저는 직접 눈에 조사하면 실명의 위험이 있으므로 보안경이 필요합니다. 또한 레이저가 금속에 닿으면 반사되어 뜻하지 않은 방향으로 비산하는 경우도 있습니다.

가공 속도

비접촉 가공의 레이저 가공은 레이저광을 핀 포인트로 조사하므로 가공 속도가 다소 느리다는 단점이 있습니다. 무리하게 속도를 올리면 버가 나오기 때문에 주의해야 합니다.

레이저 가공기의 3가지 기능

절단

레이저로 금속 등 다양한 재질을 절단 가공할 수 있습니다. 미리 짜여진 프로그램을 이용하여 복잡한 형상을 절단 가공할 수 있습니다. 단, 두꺼운 소재의 가공에는 적합하지 않습니다.

용접

레이저 용접은 빛을 집약해서 재료에 조사하여 재료를 녹입니다. 레이저광의 출력 등 특성을 조정하여 미세한 용접도 할 수 있습니다. 단, 용접 위치의 밀착 정밀도가 나쁘고 틈새가 크면 블로홀(기포가 갇혀서 만들어지는 공 모양의 용접 결함)이나 크랙(균열) 등이 발생할 수 있습니다.

조각(각인, 마킹)

조각에는 주로 래스터 조각과 벡터 조각이 존재하며 래스터 형식은 점(도트)이 모여 이미지를 그려서 표현하는 데이터이므로 픽셀로 구성되어 있습니다. 조각은 비접촉 가공이므로 절삭 툴이 필요 없습니다. 또한 생산성이 높아 효율적으로 작업할 수 있습니다.

레이저 가공기의 종류, 대응 소재

레이저 가공기에서는 주로 다음 3종류의 레이저가 사용됩니다. 레이저의 종류와 대응하는 재료, 가공을 아래와 같이 정리합니다.

CO2 레이저

이산화탄소를 이용하여 레이저 광선을 만들어 내는 기종입니다. 금속의 절단과 타공, 종이나 목재의 절단과 각인 등 대단히 폭 넓은 영역에서 사용되고 있습니다. 현재 가장 많이 이용되고 있는 가공기입니다.

YAG 레이저

이트륨과 알루미늄의 복합 산화물(Yttrium Aluminum Garnet) 결정을 사용하여 레이저를 만들어 내는 가공기입니다. 금속이나 수지의 각인 이외 금속의 용접에도 사용됩니다. CO2 레이저의 가공기에 비해 고가입니다.

화이버 레이저

광화이버를 이용하여 레이저를 만들어 냅니다. 다른 레이저에 비해 가늘게 핀 포인트로 압축하여 가공할 수 있는 것이 특징입니다. 일반적으로는 레이저 가공이 어려운 알루미늄이나 동의 절단 및 용접, 마킹에 사용되고 있습니다.

레이저 가공에 관한 자주 있는 Q&A

절단할 수 있는 두께는 어느 정도입니까?

소재나 레이저 출력에 따라 다르지만 철의 경우는 두께 30ｍｍ 정도까지 가능합니다. 역으로 두께 0.1㎜의 매우 얇은 금속판도 가공할 수 있습니다. 레이저 가공기에 따라 사양은 다르지만 다양한 두께를 가공할 수 있을 것입니다. 단, 두꺼워지면 정밀도는 떨어집니다.

레이저 가공할 수 없는 재질에는 무엇이 있습니까?

일반적으로 경면 가공된 재료나 반사율이 높은 재료는 레이저가 반사해버려 가공할 수 없습니다. 또한 반사한 빛이 레이저 가공기에 닿아 열로 인해 부품이 파손되어 고장날 수 있습니다. 이와 같은 경우에는 화이버 레이저 등 반사율이 높은 재료에 적합한 레이저를 선택합니다. 이외에는 유독 가스가 발생하는 재질도 가공할 수 없습니다. 예를 들어 염화 비닐과 불소, 테프론 등은 유독 가스가 발생합니다. 가스로 인해 레이저 가공기의 금속부가 녹슬어 버릴 수 있습니다. 또한 렌즈 등이 혼탁해져 레이저광이 정확하게 조사되지 않을 수도 있습니다.

레이저 가공기는 누구라도 취급할 수 있습니까?

레이저 가공기는 원칙적으로 면허 등이 필요 없어 누구나 사용할 수 있습니다. 레이저 가공기는 JISC6802로 등급 분류되어 있습니다. 가장 위험한 등급 4는 눈만이 아니라 피부에 닿았을 때도 위험합니다. 따라서 등급 4에 해당하는 화이버 레이저 마커를 사용는 경우는 레이저 안전 관리자를 임명해서 관리해야 합니다.

정리

레이저는 복잡한 형상도 가공할 수 있고 변형도 적은 가공 방법입니다. 단납기으로 가공할 수 있어 시제작품이나 실험용 부품, 지그, 소량의 양산품 등의 제작에 적합합니다. 안전 측면에서 주의해야 하고 전문 가공업자에게 시제작 상담하면 좋을 것입니다. 미스미 meviy에서는 레이저, 판금 가공, 절곡에 대응하므로 부담 없이 견적해 주십시오.