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말끔한할미새85
레이저 가공기가 고에너지의 레이저 빔을 미세한 한점에 집중시켜 두꺼운 금속 판재를 정밀하게 용단하거나 매끄럽게 용접할 수 있게 해주는 광학적 메커니즘은 무엇인가요?
레이저 가공기가 고에너지의 레이저 빔을 미세한 한점에 집중시켜 두꺼운 금속 판재를 정밀하게 용단하거나 매끄럽게 용접할 수 있게 해주는 광학적 메커니즘은 무엇인가요?
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
레이저 가공기는 렌즈나 미러를 이용해 거의 평행하게 진행하는 레이저 빛을 아주 작은 초점에 모아 높은 에너지 밀도를 만드는 방식을 말합니다.
빛의 에너지가 좁은 면적에 집중되면 금속 표면이 빠르게 가열되어 녹거나 증발하면서 절단이나 용접이 가능해집니다. 절달할 때는 산소나 질소 같은 보조가스를 함께 분사해 녹은 금속을 밖으로 밀어내고 절단면을 깨끗하게 만듭니다.
용접할 때는 초점 위치와 출력, 이동 속도를 조절해 필요한 깊이만 녹인 뒤 다시 굳게 하므로 좁고 정밀한 용접부를 만들 수 있습니다. 레이저 가공의 핵심은 빛을 한 점에 매우 정밀하게 집중시켜 필요한 위치에만 강한 열을 전달하는데 있습니다.
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채택된 답변이것의 핵심은 집광 렌즈와 빔의 품질을 이용해 레이저 에너지를 아주 작은 면적에 집중시키는 광학 원리입니다.
레이저 빔은 시준 렌즈를 통해 거의 평행하게 정렬된 뒤, 집광 렌즈를 통과하면서 초점에 모여 높은 에너지 밀도를 만듭니다. 이때 금속이 빠르게 녹거나 기화하면서 절단되고, 용접에서는 녹은 금속이 다시 굳어 접합됩니다.
특히 초점의 크기와 위치, 레이저 빔의 품질을 정밀하게 제어하는 것이 두꺼운 금속의 가공 깊이와 표면 품질을 결정하는 중요한 요소입니다.
안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
레이저 가공기가 고에너지 빔을 미세한 한점에 집중시켜 금속을 가공 할 수 있는 메커니즘은 레이저의 고유한 물리적 특성인 직진성과 결맞음이라 불리는 단색성을 바탕으로 렌즈를 통해 빛을 수십 마이크로미터 크기의 초점으로 압축하는 원리 입니다.
파장과 위상이 일정한 레이저의 특성 덕분에 빛의 분산이나 간섭없이 먼 거리까지 퍼지지 않고 일직선으로 곧게 나갑니다. 레이저 빔을 평행광 렌즈를 통해 평행 광선으로 정렬한 후 평행해진 고품질 빔을 고성능 집광 렌즈로 굴절시켜 수십 마이크로미터 크기의 미세한 초점 공간에 에너지를 밀집 시킵니다.
초점에 모인 극대화된 에너지밀도가 금속 판재를 순식간에 녹여 정밀한 절단 과 매끄러운 용접을 가능하게 합니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
레이저 가공기가 고에너지 빔을 미세한 한점에 집중시켜 금속을 정밀 가공할 수 있는 핵심 광학적 메커니즘은 고품질의 레이저 빔을 평행광으로 만든 뒤 초점 거리가 짧은 집광 렌즈나 곡면 거울을 통과시켜 회절 한계에 가까운 마이크로미터 수준의 극소 스폿 사이즈로 집광하는 것입니다. 먼저 공진기에서 출력된 낮은 발산각의 가우시안 빔을 빔 팽창기를 통해 직경을 키워 광학적 제어력을 높이고 고정밀 집광 렌즈를 통해 에너지 밀도를 극대화하여 단위 면적당 수 메가와트에 달하는 폭발적인 전력 밀도를 구현합니다. 이 과정에서 빛의 파장과 렌즈의 초점 거리 입사 빔의 직경 간의 상관관계에 의해 결정되는 회절 한계를 최소화함으로써 에너지가 분산되지 않고 한 점에 응집되도록 제어합니다. 결과적으로 극도로 좁은 영역에 에너지가 집중되면서 금속 판재가 순간적으로 고온 상태에 도달해 기화 또는 용융되며 보조 가스와 결합하여 정밀한 용단과 매끄러운 용접을 구현할 수 있게 됩니다
안녕하세요.
집광 렌즈나 반사경을 이용해 레이저 빔을 초점에 집중시키는 광학적 집속 원리가 핵심이에요.
레이저 에너지를 아주 작은 면적에 모으면 단위 면적당 에너지가 커져 금속을 빠르게 녹이거나 기화시킬 수 있죠. 용단할 때는 보조 가스로 녹은 금속을 날려 절단하고, 용접할 때는 용융된 금속이 식으면서 두 부품을 이어 붙여요.
특히 두꺼운 금속을 가공할 때는 초점 위치와 빔의 품질, 초점 깊이를 적절히 조절해야 깊고 정밀한 가공이 가능해요.
감사합니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
광섬유로 가공 헤드까지 전달된 레이저 빛은 퍼지면서 나와요. 헤드 안의 첫 렌즈가 이 빛을 평행하게 펴고, 두 번째 집속 렌즈가 한 점으로 모아요. 레이저는 파장이 하나이고 빛의 위상이 고르게 맞아서 렌즈를 지나도 색 번짐 없이 거의 이론적인 한계까지 작게 모여요. 몇 kW 출력을 지름 0.1~0.2mm 점에 몰면 1㎠당 수백만 W가 넘어서 금속이 순식간에 녹고 증발해요.
절단할 때는 빔과 같은 축으로 뚫린 노즐에서 가스를 세게 불어 녹은 쇳물을 아래로 밀어내요. 산소를 쓰면 철과 반응하는 열이 더해져 두꺼운 탄소강도 잘 잘리고, 질소를 쓰면 스테인리스 단면이 산화 없이 깨끗하게 나와요.
용접에서는 금속이 증발하는 압력으로 좁고 깊은 구멍이 열려요. 빔이 이 구멍 벽에 여러 번 반사되며 깊숙이 흡수돼서, 폭은 좁고 깊이는 깊은 용접이 되고 주변으로 퍼지는 열이 적어 변형이 작아요. 초점을 작게 모을수록 초점 깊이가 얕아져서 두꺼운 판은 초점 거리가 긴 렌즈를 써요 :)