레이저 절단은 다양한 두께의 금속과 비금속 소재를 절단할 수 있는 하나의 절단 프로세스입니다. 그 기초는 가이드하고 성형하며 연결하는 레이저 빔입니다. 레이저가 소재에 닿으면 해당 물체가 녹거나 증발할 정도로 가열됩니다. 모든 레이저 출력은 대개 0.5mm보다 더 작은 한 점에 모입니다. 이 곳에 열전도에 의해 분산되는 것보다 더 많은 열이 한 곳에 응축되면, 레이저 빔이 재료를 완전히 관통하게 됩니다. 절단 프로세스는 이렇게 진행됩니다. 다른 프로세스에서는 철판을 가공하기 위해 많은 힘이 필요한 거대한 공구를 사용하지만, 레이저 빔을 사용하면 직접적인 접촉 없이도 해결할 수 있습니다. 때문에 공구가 마모되지도 않을 뿐더러 재료가 변형되거나 손상되는 일이 없습니다.
레이저 절단의 기반은 포커싱된 레이저 빔과 소재의 상호 작용입니다. 이 프로세스가 안전하고 정밀하게 진행될 수 있도록, 다음 그림에서 설명하는 레이저 빔과 그 주위에는 수많은 컴포넌트와 보조 도구가 사용됩니다.
금속과 비금속 소재 절단에 대하여, 대부분의 경우 공통의 도구로 레이저를 먼저 선택할 것입니다. 레이저 빔은 거의 모든 컨투어를 빠르고 유연하게 절단합니다 - 더 세밀하고 복잡한 형태, 더 얇은 재료에도 문제 없습니다. 다양한 종류의 절단 가스와 압력은 가공 프로세스와 결과에 영향을 줍니다.
가스 절단에는 산소가 절단 가스로 사용됩니다. 산소는 최대 6bar의 압력으로 절단 홈으로 송풍됩니다. 산소는 절단 홈에서 금속 용융물을 태우고 산화시킵니다. 이러한 화학 반응으로 인해 방출되는 에너지는 레이저 빔의 작업을 지원합니다. 가스 절단은 높은 절단속도로 작업이 가능하며 두꺼운 철판 및 연강을 가공할 수 있습니다.
용융절단에서는 질수 및 아르곤이 절단 가스로 사용됩니다. 이 절단 가스는 2 ~ 20bar의 압력으로 절단 홈으로 밀려 들어가며, 가스 절단에서와는 다르게 절단 홈에서 금속 표면과 반응하지 않습니다. 이 절단 프로세스는 절단 엣지가 매끄럽고 산화되지 않으며, 후가공이 거의 필요하지 않다는 장점이 있습니다.
승화 절단은 주로 높은 품질의 절단 엣지를 필요로 하는 정밀 절단 작업에 사용됩니다. 이 프로세스에서는 레이저가 가급적 금속을 녹이지 않고 바로 증발(승화)시켜버립니다. 재료의 증기는 절단 홈에서 높은 압력을 생성하여 용융물이 위아래로 흘러넘칩니다. 프로세스 가스 - 산소, 아르곤 또는 헬륨 - 은 절단면을 주변 환경으로부터 차단하여 절단 엣지가 산화되지 않습니다.
레이저 정밀 절단에서는 방출된 레이저 에너지로 인해 여러 개의 구멍들이 서로 이어져 50 ~ 90%까지 중첩되어 하나의 절단 홈을 형성합니다. 펄스 파장이 짧아 소재 표면에는 높은 펄스 피크 출력과 매우 높은 복사강도가 생성됩니다. 장점: 부품 발열이 매우 낮아 열 변형 없이 선조 부품을 절단할 수 있습니다.
초점 위치는 복사강도와 재료의 절단 홈 형태에 영향을 줍니다. 초점 직경은 절단 홈 폭과 절단 홈 형태를 결정합니다.
가공 한계점, 즉 재료가 녹기 시작하는 점을 초과하기 위해서 면적 당 일정량의 에너지가 필요합니다. 이 한계점은 다음과 같이 정의됩니다. 면적 당 에너지 = 복사강도 x 재료 반응 시간
올바른 노즐을 선택하는 것은 파트 품질에 결정적인 요소입니다. 따라서 가스 분사 형태와 가스의 질량은 모두 노즐 직경에 의해 결정됩니다.
연속 모드 또는 펄스 - 운전 모드를 통해 레이저 에너지가 연속적으로 또는 간헐적으로 소재에 투입될지 여부를 제어합니다.
각각의 절단 유형과 가공 소재에 따라 절단속도가 다르게 적용됩니다. 기본적으로 사용 가능한 레이저 출력이 클수록 절단속도가 빨라집니다. 또한 절단속도는 재료가 두꺼울수록 느려집니다. 각 소재에 대한 작업 속도가 너무 빠르거나 느리게 설정되었다면, 깊이가 너무 깊어지고 버가 형성됩니다.
거의 모든 CO2 레이저는 선형 편광된 레이저 광을 제공합니다. 컨투어가 절단되면 절단 방향에 따라 절단 결과가 변경됩니다. 절단 방향에 평행하게 움직이면 가장자리가 부드러워집니다. 빛이 절단 방향에 수직으로 움직이면 버가 생기기 때문에 직선 편광된 레이저 광은 일반적으로 원편광으로 변환됩니다. 편광도는 원하는 원편광이 얼마나 잘 이루어졌는지를 나타내는 척도로, 절단 품질을 결정하는 중요 요소입니다. 고체 레이저의 경우, 편광을 변경할 필요가 없습니다. 고체 레이저는 방향에 관계 없이 절단 결과를 제공합니다.
각 절단 프로세스에 따라 다양한 프로세스 가스가 사용되며, 이는 각각 다른 압력으로 절단 홈에 투입됩니다. 예를 들어 아르곤과 질소를 절단 가스로 사용할 경우, 절단 홈에서 용단된 금속에 반응하지 않는다는 장점이 있습니다. 동시에 절단면을 주변 환경으로부터 차단합니다.
높은 레이저 출력과 함께 질소와 산소를 혼합한 가스 혼합물을 사용하면 연강과 알루미늄에서 버가 적게 발생합니다. 부품 품질은 재료 유형, 재료 합금 및 재료 품질에 따라 판재 두께가 6~12 mm 사이일 때 재료 유형, 합금 및 품질에 따라 개선 여부가 결정됩니다.
