레이저 마이크로 가공 레이저 가공은 첨단 엔지니어링 소재에서 미세 구멍, 좁은 절단면, 미세 홈 및 복잡한 정밀 형상을 제조하는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 항공우주 엔진, 반도체 소자, 기술 세라믹 및 고성능 부품이 더욱 소형화되고 치수 요구 사항이 엄격해짐에 따라 기존의 기계 가공 및 자유 공간 레이저 가공은 공구 마모, 열 축적, 초점 제어 및 표면 품질과 관련된 한계에 직면할 수 있습니다.

수류 유도 레이저 기술은 펄스 레이저 에너지와 미세하고 안정적인 수류를 결합한 기술입니다. 레이저 빔은 수류에 결합되어 물과 공기의 경계면에서 전반사를 통해 가공물 쪽으로 유도됩니다. 흐르는 물은 냉각을 돕는 동시에 용융되거나 제거된 재료의 일부를 가공 영역에서 제거합니다.

이러한 조합은 정밀 절단, 레이저 미세 드릴링 및 제어된 재료 제거를 위한 독특한 레이저 미세 가공 공정을 만들어냅니다.

재질, 형상 및 공정 구성에 따라 워터젯 유도 레이저 가공은 니켈 기반 초합금, 티타늄 합금, 세라믹, 탄화규소, 반도체 재료, 탄소섬유 강화 복합재료 및 다이아몬드 관련 재료에 적용될 수 있습니다.

레이저 미세가공이란 무엇인가요?

레이저 미세가공은 제어된 레이저 에너지를 사용하여 마이크로 스케일 또는 마이크로 스케일에 가까운 수준에서 재료를 제거함으로써 작고 정밀한 형상을 만들어내는 기술입니다.

일반적인 절차는 다음과 같습니다.

• 레이저 미세 드릴링;
• 정밀 레이저 드릴링;
• 레이저 미세 구멍 드릴링;
• 미세 절단;
• 정밀한 홈 가공 및 슬롯 가공;
• 정밀 윤곽 가공;
• 국소적인 물질 제거;
• 복잡한 미세 형상 가공.

기존의 밀링이나 드릴링과는 달리, 레이저 가공은 절삭 공구가 공작물에 직접 접촉할 필요가 없습니다. 따라서 기계적 공구 마모가 없고, 섬세한 부품에 가해지는 절삭력을 줄여줍니다.

하지만 기존의 레이저 미세가공 방식에도 기술적 어려움이 있습니다.

자유 공간 레이저 빔은 일반적으로 가공 표면에 정확하게 초점을 맞춰야 합니다. 유효 가공 영역은 초점 심도, 표면 형상, 빔 입사각 및 광학 시스템과 공작물 사이의 상대적 위치에 영향을 받습니다.

깊은 절삭이나 드릴링 과정에서 레이저와 재료의 반복적인 상호 작용으로 인해 열 축적, 열영향부, 재응고 재료, 산화, 테이퍼 또는 파편 침착이 발생할 수 있습니다. 이러한 현상의 심각성은 레이저 펄스 지속 시간, 파장, 출력 밀도, 보조 가스, 재료 및 공정 전략에 따라 크게 달라집니다.

이러한 이유로 다양한 산업 분야의 요구 사항에 맞춰 여러 종류의 레이저 미세 가공 시스템이 개발되었습니다. 워터젯 유도 레이저 가공은 정밀도, 냉각 및 제어된 에너지 전달이 특히 중요한 분야에 사용되는 특수 기술 중 하나입니다.

워터젯 유도 레이저 기술이란 무엇인가요?

A 물 분사 유도 레이저 레이저 가공 기술은 레이저 빔을 얇고 빠른 속도의 물줄기에 동축으로 결합시키는 기술입니다.

물줄기는 유연한 광학 가이드 역할을 합니다.

기존 레이저 가공 방식에서는 집속된 레이저 빔이 집속 광학계를 통해 공기 중에서 공작물까지 전달됩니다. 반면, 워터젯 유도 레이저 가공에서는 레이저 빔이 광학 결합 구조와 노즐을 통해 미세한 물줄기 속으로 직접 전달됩니다.

물과 주변 공기 사이의 굴절률 차이 때문에, 적절하게 결합된 레이저 광은 전반사에 의해 수주 내에 갇힐 수 있습니다.

이 원리는 단순화된 광학적 관점에서 광섬유 내에서 빛이 이동하는 원리와 유사합니다.

그 결과 생성된 물 유도 레이저 빔은 제트와 함께 가공물 쪽으로 이동합니다.

가공 영역에서 레이저는 재료 제거에 필요한 에너지를 제공하고, 지속적으로 흐르는 물은 다음과 같은 역할을 합니다.

• 로컬 처리 영역을 냉각합니다.
• 과도한 열 축적을 제한합니다.
• 가공 잔여물의 일부를 제거합니다.
• 절삭면에서 녹거나 깎여나간 물질을 씻어냅니다.
• 표면 오염을 줄입니다.
• 유용한 작업 거리에서 더욱 안정적인 처리를 지원합니다.

이 기술은 때때로 더 광범위하게 다음과 같이 검색됩니다. 워터젯 레이저하지만 이는 기존의 연마재를 사용하는 워터젯 절단 방식과 혼동해서는 안 됩니다.

워터젯 유도 레이저 가공은 기본적으로 레이저를 이용한 재료 제거 공정입니다.

수압 분사 유도 레이저 기술은 어떻게 작동하나요?

워터젯 유도 레이저 공정은 다섯 가지 주요 단계를 통해 이해할 수 있습니다.

1. 레이저 빔 생성 및 초점 조절

펄스 레이저 광원이 가공 빔을 생성합니다.

레이저의 정확한 매개변수는 재료와 적용 분야에 따라 달라집니다. 제공된 공정 데이터에 포함된 기술 구성에서 대표적인 시스템 범위는 다음과 같습니다.

• 레이저 출력: 약 20~400W;
• 파장: 532nm;
• 펄스 지속 시간: 약 1~500나노초.

이 값들은 모든 워터젯 유도 레이저 시스템에 대한 보편적인 요구 사항이라기보다는 기술적 구성 범위를 나타냅니다.

레이저 빔은 집속 광학계를 통해 광학 결합 영역으로 향하게 됩니다.

레이저 입사각, 빔 위치 및 광학 창을 정확하게 제어하는 ​​것은 레이저와 물 사이의 효율적인 결합이 빔 가둠 및 공정 안정성에 직접적인 영향을 미치기 때문에 필수적입니다.

2. 레이저를 물줄기에 결합

집중된 빔은 가압된 물 챔버로 들어가 정밀 노즐과 정렬됩니다.

레이저와 물줄기 사이의 동축 정렬을 달성하기 위해서는 광학 창, 결합 형상 및 노즐이 함께 작동해야 합니다.

제공된 기술 자료에 제시된 대표적인 노즐 직경 범위는 대략 다음과 같습니다.

20 ~ 100 μm

수압은 넓은 범위 내에서 조절할 수 있습니다. 참조 공정 정보는 다음과 같습니다.

50에서 800까지

실제 압력과 노즐 직경은 제트 안정성, 가공 거리, 레이저 매개변수 및 요구되는 형상 크기에 따라 선택해야 합니다.

커플링 정렬 불량은 광 에너지 손실, 불안정한 빔 유도 또는 커플링 구성 요소의 국부적인 손상으로 이어질 수 있습니다.

이러한 이유로 고효율 레이저-물 결합은 워터젯 유도 레이저 시스템에서 핵심적인 엔지니어링 과제 중 하나입니다.

3. 전반사 레이저 유도

레이저 빔은 물줄기에 들어간 후 물과 공기의 경계면에서 반복적으로 반사됩니다.

이 전반사 현상으로 인해 레이저 에너지는 미세한 수층 내에 갇히게 됩니다.

기존의 자유 공간 집속 원뿔형 레이저 에너지는 초점면에서 빠르게 발산하는 형태를 취하는 대신, 정의된 처리 거리 동안 물줄기를 따라 이동합니다.

대표적인 기술 데이터에 따르면 작동 거리는 대략 다음과 같습니다.

5–50 mm

유효 작동 거리는 적용 분야 및 시스템에 따라 다르며, 물 분사 안정성, 노즐 형상, 압력, 레이저 결합 및 환경 조건의 영향을 받습니다.

이러한 유도 전달 메커니즘은 워터젯 유도 레이저 기술과 기존의 집속 레이저 가공 기술의 근본적인 차이점 중 하나입니다.

4. 레이저-재료 상호작용

유도 레이저가 가공물에 도달하면 레이저 에너지가 재료에 흡수됩니다.

재료의 특성과 레이저 매개변수에 따라 재료 제거 과정에는 국부적인 용융, 기화, 절삭 및 반복적인 펄스 에너지 상호작용이 포함될 수 있습니다.

레이저는 여전히 주요 가공 에너지원입니다.

물 분사는 연마재가 아닌 절삭 매체입니다.

이러한 구분은 중요합니다. 왜냐하면 이 기술을 소형의 기존 워터젯 절단기와 같은 것으로 해석해서는 안 되기 때문입니다.

보고된 구성 및 응용 분야별 구성에서, 이 공정은 얇은 정밀 구조물부터 훨씬 두꺼운 부품에 이르기까지 다양한 두께의 재료에 사용할 수 있습니다. 제공된 기술 자료는 다음과 같은 광범위한 처리 두께 범위를 보여줍니다.

0.01에서 30mm

실제로 달성 가능한 깊이 또는 두께는 재료, 형상, 레이저 출력, 펄스 특성 및 공정 전략에 따라 크게 달라집니다.

5. 냉각 및 잔해물 제거

물줄기는 가공 영역과 지속적으로 상호 작용합니다.

이는 두 가지 중요한 기능을 제공합니다.

첫째, 물은 주변 물질에서 열을 제거하여 과도한 열 축적을 줄일 수 있습니다.

둘째, 흐르는 제트는 가공 생성물을 접촉 영역에서 씻어내는 데 도움을 줍니다.

적절한 처리 조건 하에서 이는 재응고 축적, 탄화 잔류물 및 파편 퇴적을 줄일 수 있습니다.

이러한 이유로, 워터젯 유도 레이저 가공은 기존의 많은 레이저 가공 방식에 비해 열 부하가 낮은 레이저 공정으로 여겨지는 경우가 많습니다.

하지만 기술적으로 정확한 설명은 다음과 같습니다. 열적 영향 감소무조건적인 "열영향 제로 구역"은 아닙니다.

최종적인 열 효과는 다음 요소에 따라 달라집니다.

• 재료 특성;
• 레이저 펄스 지속 시간;
• 펄스 주파수;
• 전력 밀도;
• 처리 속도;
• 물 분사 압력;
• 제트 직경;
• 특징 형상;
• 처리 횟수.

워터젯 레이저는 워터젯 절단과 같은 것인가요?

그렇지 않습니다.

워터젯 유도 레이저와 기존 워터젯 절단 시스템은 근본적으로 다른 재료 제거 메커니즘을 사용합니다.

용어 워터젯 레이저 검색이나 기술 토론에서 비공식적으로 사용되기도 합니다. 보다 정확한 기술적 설명은 다음과 같습니다.

워터젯 유도 레이저

또는 :

수압 유도 레이저 가공

그린스톤은 산업 장비의 경우 더 포괄적인 용어를 사용합니다. 워터젯 유도 레이저 가공 시스템 그 기술은 단순히 절단하는 것 이상의 기능을 수행할 수 있기 때문입니다.

적용 분야에는 드릴링, 미세 구멍 가공, 홈 가공 및 기타 정밀 재료 제거 공정이 포함될 수 있습니다.

워터젯 유도 레이저 vs. 기존 레이저 미세가공

기존 레이저 미세가공과 워터젯 유도 레이저 가공은 모두 레이저 에너지를 사용하여 재료를 제거하지만, 빔 전달 및 열 관리 메커니즘은 다릅니다.

기존의 집속형 레이저 가공의 중요한 한계점 중 하나는 초점면에서 멀어질수록 빔 크기가 변한다는 점입니다.

절삭 깊이가 깊어짐에 따라 가공 전면이 최적 초점 위치에서 벗어나면서 빔과 재료 간의 상호 작용이 변할 수 있습니다.

이는 절단면의 경사도 변화 및 벽면 형상의 불균일성을 야기할 수 있습니다.

안정적인 수압 유도 빔은 유용한 가공 거리에 걸쳐 물줄기를 따라 에너지를 지속적으로 전달할 수 있습니다. 적절한 용도에서 이는 좁은 절단면과 더욱 직선적인 측벽을 구현하는 데 도움이 됩니다.

제공된 응용 데이터는 물을 이용한 레이저 절단 시 나타나는 대표적인 절단 폭을 대략적으로 보여줍니다.

60~90μm

비교를 위해 동일한 참고 자료에서는 다이아몬드 와이어 절단 폭이 대략 다음과 같다고 보고합니다.

80~120μm

이 수치들은 모든 기계 및 재료에 대한 보편적인 값이 아니라 특정 용도에 대한 비교 데이터로 해석해야 합니다.

표면 품질 또한 중요한 고려 사항입니다.

기계식 다이아몬드 와이어 절단은 공구 또는 연마재 자국을 남길 수 있으며, 일부 기존 열 레이저 공정은 재용융, 산화 또는 탄화된 재료를 생성할 수 있습니다.

최적화된 워터젯 유도 레이저 공정에서 지속적인 물 분사는 잔해물 제거를 개선하고 열로 인한 잔류물을 줄일 수 있습니다.

정밀 가공 분야의 경우, 보고된 표면 거칠기는 다음과 같은 수준에 도달할 수 있습니다.

라 1.0㎛

실제 표면 거칠기는 재료, 공정 매개변수 및 요구되는 형상에 따라 달라집니다.

레이저 미세가공 시스템 및 장비

모든 재료와 미세 형상에 적합한 단일 레이저 미세 가공 시스템은 없습니다.

산업용 레이저 미세가공 기술에는 다음이 포함됩니다.

• 나노초 레이저 시스템;
• 피코초 레이저 시스템;
• 펨토초 레이저 시스템;
• 자외선 레이저 시스템;
• 수압 분사 유도 레이저 시스템.

나노초 레이저 미세가공

나노초 레이저는 산업 분야에서 절단, 드릴링, 마킹 및 재료 제거에 널리 사용됩니다.

이러한 레이저는 비교적 높은 처리 효율을 제공할 수 있지만, 초단펄스 레이저에 비해 펄스 지속 시간이 길기 때문에 재료와의 열적 상호 작용이 더 커질 수 있습니다.

피코초 및 펨토초 레이저 미세가공

초단펄스 레이저는 열이 주변 물질로 확산되는 데 걸리는 시간을 줄여줍니다.

이러한 부품들은 매우 작은 형상과 낮은 열 손상이 요구되는 정밀 가공에 널리 사용됩니다.

하지만 산업 생산을 위해서는 시스템 비용, 처리 속도 및 심도 처리 능력을 고려해야 합니다.

워터젯 유도 레이저 시스템

수류 유도 레이저 시스템은 기존과는 다른 공정 구조를 도입합니다.

이 시스템은 열 효과를 제어하기 위해 펄스 지속 시간에만 의존하는 대신, 펄스 레이저 가공과 연속적인 물 유도 및 냉각을 결합합니다.

수중 유도 레이저 기술을 기반으로 하는 완전한 레이저 미세 가공 시스템은 일반적으로 다음을 포함합니다.

• 펄스 레이저 광원;
• 빔 전달 광학 장치;
• 레이저-물 결합 모듈;
• 광학 창;
• 정밀 노즐;
• 고압수 시스템;
• 물 여과 및 처리 시스템;
• 압력 제어 시스템;
• 정밀 모션 플랫폼;
• 공정 제어 소프트웨어;
• 안전 보호 장치 및 보조 시스템.

레이저 광원, 물 공급 시스템 및 모션 시스템은 통합된 공정 플랫폼으로 작동해야 합니다.

레이저와 고압수 노즐을 단순히 결합하는 것만으로는 안정적인 워터젯 유도 레이저 공정을 구현할 수 없습니다.

수압 분사 유도 레이저 시스템의 핵심 기술

고효율 레이저-물 결합

광학 창과 결합 구조는 레이저 입사각, 빔 정렬 및 물 분사 직경을 제어하도록 설계되어야 합니다.

정확한 동축 정렬은 광학적 집속을 향상시키고 각도 편차 또는 잘못된 빔 위치로 인한 에너지 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다.

물 분사 안정성 및 제어

안정적인 물줄기 형성은 일관된 레이저 유도에 필수적입니다.

정밀한 압력 제어 시스템은 물줄기의 매개변수를 유지하는 데 도움이 됩니다.

수질 관리에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 역삼투압;
• 진공 탈기;
• 미세여과;
• 제어된 유체 경로.

유동 채널 최적화 및 보조 가스 전략은 특정 시스템 설계에서 제트 안정성을 향상시키고 안정적인 제트 길이를 연장하는 데 사용될 수 있습니다.

레이저 파장 및 출력 최적화

레이저 파장은 물 흡수 및 물질 상호작용과 관련하여 고려해야 합니다.

제공된 기술 정보는 특정 시스템 구조에서 물을 매개로 하는 레이저 결합에 적합하기 때문에 532nm 녹색 레이저 작동을 대표적인 접근 방식 중 하나로 제시합니다.

레이저 출력 밀도, 펄스 지속 시간 및 펄스 주파수는 재료 및 가공 목적에 따라 조정해야 합니다.

레이저 출력이 높다고 해서 반드시 더 좋은 것은 아닙니다.

비선형 손실, 열 부하 및 공정 효율을 제어하려면 레이저 에너지와 안정적인 물 분사 길이를 조화롭게 조정해야 합니다.

통합 공정 매개변수 제어

공정 범위는 레이저와 물 매개변수의 상호 작용에 의해 결정됩니다.

중요 변수에는 다음이 포함됩니다.

• 레이저 출력;
• 펄스 에너지;
• 펄스 주파수;
• 펄스 지속 시간;
• 처리 속도;
• 수압;
• 물의 흐름;
• 노즐 직경;
• 이격 거리;
• 통과 횟수.

산업 생산의 경우, 이러한 매개변수는 각 재료 및 형상에 대한 완전한 공정 레시피로 개발되어야 합니다.

레이저 미세 드릴링 및 정밀 미세 구멍 가공

레이저 미세 드릴링은 레이저 미세 가공의 가장 중요한 응용 분야 중 하나입니다.

산업용 부품에는 제어된 미세 구멍이 점점 더 많이 요구됩니다.

• 지름;
• 깊이;
• 작은 초;
• 정위;
• 간격;
• 표면 무결성.

기계식 드릴링은 구멍 크기가 작아지거나 재료의 경도가 높아질수록 어려워집니다.

첨단 세라믹, 초합금 또는 얇은 정밀 구조물을 가공할 때 공구 마모, 공구 파손 및 절삭력 또한 심각한 문제가 될 수 있습니다.

레이저 미세 구멍 드릴링은 물리적인 절삭 공구가 필요 없도록 해줍니다.

수류 유도 레이저 기술은 레이저 드릴링 공정에 지속적인 물 보조 냉각 및 세척 기능을 추가합니다.

이는 특히 과도한 재용융이나 열 축적이 바람직하지 않은 부품의 미세 구멍 드릴링 시에 중요합니다.

일반적인 형상에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 원형 구멍;
• 정사각형 구멍;
• 직사각형 구멍;
• 모양이 있는 구멍;
• 경사진 구멍;
• 복잡한 미세 개구부.

제공된 응용 사례는 고온 합금 및 세라믹 매트릭스 복합 재료에서 원형, 정사각형 및 불규칙한 구멍 형상뿐만 아니라 미세 구멍 단면을 보여줍니다.

고성능 부품을 위한 정밀 레이저 드릴링

정밀 레이저 드릴링은 단순히 작은 구멍을 뚫는 능력만으로 정의되는 것이 아닙니다.

드릴로 가공한 부분의 품질은 여러 매개변수를 사용하여 평가해야 합니다.

구멍 직경 및 치수 정확도

해당 공정은 요구되는 직경을 엔지니어링 허용 오차 범위 내에서 유지해야 합니다.

레이저 매개변수, 워터젯 직경 및 모션 제어는 모두 최종 형상 크기에 영향을 미칩니다.

홀 테이퍼

테이퍼형 구멍은 가스 흐름, 냉각 성능 또는 부품 기능에 영향을 미칠 수 있습니다.

물을 이용한 레이저 전달 방식은 적절한 응용 분야에서 가공 경로를 따라 비교적 일관된 에너지 전달을 지원하여 과도한 테이퍼링을 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있습니다.

레이어 재구성

레이저로 뚫은 구멍의 벽면에 용융된 물질이 다시 굳어질 수 있습니다.

지속적으로 흐르는 물줄기는 상호 작용 영역에서 가공 잔해물과 용융 물질을 제거하는 데 도움을 줍니다.

최적화된 조건에서 이는 재응축 축적을 줄일 수 있습니다.

열영향부

주변 재료의 열적 변형은 항공우주용 합금, 복합재료 및 열에 민감한 부품에 특히 중요합니다.

수냉식은 과도한 열 확산을 제한할 수 있지만, 최종적인 열 반응은 각 재료 및 공정에 따라 검증해야 합니다.

표면 무결성

미세 균열, 박리, 산화 및 기타 표면 결함은 부품의 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다.

이러한 이유로 정밀 레이저 드릴링 공정 개발에는 현미경 검사 및 필요한 경우 금속 조직 검사가 포함되어야 합니다.

워터젯 유도 레이저 가공용 재료

수류 유도 레이저 가공의 적합성은 레이저 흡수율, 열적 특성, 기계적 특성 및 재료와 물을 이용한 가공 환경 간의 상호 작용에 따라 달라집니다.

금속 및 고온 합금

지원서에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 니켈계 초합금;
• 티타늄 합금;
• 스테인리스강;
• 엄선된 고성능 금속.

이러한 소재들은 항공우주 및 정밀 공학 분야에서 널리 사용됩니다.

워터젯 유도 레이저 기술은 기존 공구의 마모나 열 축적으로 인해 가공에 어려움이 발생하는 부품의 작은 구멍이나 정밀 형상 가공에 특히 적합합니다.

탄소섬유 강화 복합재료

탄소섬유 강화 폴리머 부품은 항공우주 구조물에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

기존 기계 가공 방식으로는 다음과 같은 것을 만들 수 있습니다.

• 섬유 뽑힘;
• 박리;
• 공구 마모;
• 모서리 손상.

레이저 가공은 특히 수지 열 손상과 관련하여 여러 가지 어려움을 야기합니다.

물을 이용한 레이저 가공은 열 축적을 줄이고 이물질 제거를 도울 수 있습니다.

하지만 CFRP 공정 매개변수는 특정 섬유, 매트릭스 및 적층 구조에 맞게 최적화되어야 합니다.

테크니컬 세라믹스

기술 세라믹은 경도, 내마모성 및 열 안정성을 모두 갖추고 있지만, 취성이 강하여 일반적인 가공이 어렵습니다.

관련 자료는 다음과 같습니다.

• 알루미나, Al₂O₃;
• 질화알루미늄, AlN;
• 지르코니아, ZrO₂;
• 탄화규소, SiC;
• 질화규소, Si₃N₄;
• 가공 가능한 세라믹.

워터젯 유도 레이저 가공은 이러한 재료에서 특정 절단, 드릴링 및 정밀 형상 가공 작업에 사용할 수 있습니다.

이 공정은 물리적인 절삭날에 의존하지 않기 때문에 기계적 힘이 감소한다는 점이 중요한 장점입니다.

반도체 및 전자재료

잠재적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 규소;
• 탄화규소;
• 선별된 반도체 웨이퍼;
• GaAs 관련 구조;
• 전자 기판.

이 프로세스는 다음과 같은 경우에 사용할 수 있습니다.

• 웨이퍼 절단;
• 정밀 슬로팅;
• 미세 구멍 가공;
• 엣지 프로세싱;
• 국소적인 물질 제거.

반도체 공정은 응용 분야별로 오염, 파손, 열 효과 및 특징 정확도에 대한 제어가 필요합니다.

다이아몬드 및 초경질 소재

다이아몬드, 다결정 다이아몬드 및 관련 초경질 소재는 기계 가공에서 심각한 공구 마모 문제를 야기합니다.

수류 유도 레이저 가공은 다이아몬드 관련 재료의 정밀 가공에 대해 연구 및 적용되어 왔다.

지속적인 수냉식 냉각은 과도한 열 부하를 줄일 수 있으며, 레이저 에너지는 비접촉식 재료 제거를 가능하게 합니다.

지원서에는 다음이 포함될 수 있습니다.

• 다이아몬드 커팅;
• PCD 가공;
• 초경질 공구 가공;
• 정밀 윤곽선 생성.

공정 개발 시에는 재료 등급, 결합제 상, 요구되는 표면 무결성을 고려해야 합니다.

수류 유도 레이저 기술의 산업적 응용

항공우주 및 항공 엔진 부품

항공우주 부품은 형상, 표면 무결성 및 가공 결함에 대한 엄격한 관리가 필요합니다.

항공기 엔진에 사용되는 많은 소재들은 기존의 공구를 이용해 가공하기 어렵습니다.

수류 유도 레이저 기술은 다음과 같은 특정 가공 작업에 적용될 수 있습니다.

• 연소실 구성 요소;
• 터빈 덮개;
• 터빈 블레이드 및 베인;
• 냉각 구멍;
• 니켈계 초합금;
• 세라믹 매트릭스 복합재료;
• 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 항공우주 구조물.

레이저 미세 드릴링은 항공기 엔진 냉각 구조에 특히 중요한 기술입니다.

최신 터빈 부품에는 직경, 방향 및 형상이 제어된 수많은 작은 냉각 구멍이 필요할 수 있습니다.

제공된 기술적 예시는 고온 합금 및 세라믹 매트릭스 복합 구조물의 특징을 포함하여 원형, 사각형 및 불규칙한 미세 구멍 형상을 보여줍니다.

이러한 구성 요소에 대한 프로세스 평가에서는 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 구멍 테이퍼;
• 개주;
• 열 변형;
• 미세 균열;
• 코팅 상태;
• 특징 반복성.

반도체 및 3C 전자

컴퓨터, 통신 및 소비자 전자 제품 제조 분야에서 부품 크기는 지속적으로 감소하고 있습니다.

수류 유도 레이저 가공은 실리콘, 실리콘 카바이드 및 일부 취성 전자 재료의 정밀 가공에 대한 가능성을 평가할 수 있습니다.

응용 사례는 다음과 같습니다.

• 웨이퍼 가공;
• 반도체 기판 절단;
• 크리스탈 커팅;
• 정밀 슬로팅;
• 미세 구멍 가공;
• 패드 에지 가공;
• 첨단 전자 재료 가공.

레이저 미세가공은 비접촉 방식이므로 기계적인 공구 마모를 없애고 취성 기판에 대한 절삭력을 줄일 수 있습니다.

고급 세라믹

기술 세라믹은 다음과 같은 분야에 사용됩니다.

• 전자제품;
• 항공우주;
• 자동차 시스템;
• 의료 기술;
• 정밀 산업용 부품.

이 물질들은 경도가 높고 취성이 강해서 기계식 드릴링과 절단이 어렵습니다.

수류 유도 레이저 시스템은 미세한 형상과 낮은 기계적 하중이 요구되는 특정 세라믹 미세 가공 공정에 적용될 수 있습니다.

정밀 엔지니어링 및 소비자 부품

다른 잠재적 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 정밀 기어;
• 시계 부품;
• 마이크로 기계 부품;
• 금속박;
• 정밀 바늘;
• 단단한 재질용 공구;
• 마이크로필터.

이 공정은 형상의 크기가 작거나 재료가 단단하여 기존 공구를 사용하기 어려운 경우에 특히 유용합니다.

의료 부품

정밀 의료기기는 다음과 같은 구성 요소의 미세한 특징을 필요로 할 수 있습니다.

• 지원;
• 바늘;
• 임플란트 구조물;
• 미세수술 구성 요소.

모든 의료용 응용 분야에서는 재료의 무결성, 청결도 및 제조 요건에 대한 개별적인 검증이 필요합니다.

에너지 및 첨단 산업 부품

잠재적 응용 분야는 다음과 같은 특정 구성 요소까지 확장될 수 있습니다.

• 태양광 기술;
• 에너지 시스템;
• 연료 분사 시스템;
• 정밀 노즐;
• 첨단 엔진 부품.

수압 분사 유도 레이저 가공의 적합성은 재료, 형상 치수 및 요구되는 생산 속도를 고려하여 항상 평가해야 합니다.

주요 장점 및 기술적 고려 사항

수류 유도 레이저 기술은 여러 가지 잠재적 이점을 제공하지만, 이러한 이점은 올바른 공정 통합에 달려 있습니다.

좁은 절단 폭 및 정밀 기능

정밀한 물줄기와 제어된 레이저 에너지는 좁은 절단 폭을 지원할 수 있습니다.

물을 이용한 레이저 가공에 대해 제공된 응용 분야별 데이터에 따르면 절단 폭은 대략적인 범위 내에 있습니다. 60~90μm.

열 축적 감소

지속적인 물의 상호 작용은 처리 영역에서 열을 제거합니다.

이는 유사한 적용 조건에서 기존 레이저 공정에 비해 열 변형 정도를 줄일 수 있습니다.

물을 이용한 잔해 제거

흐르는 제트는 가공 잔해와 가공 생성물을 제거하는 데 도움이 됩니다.

최적화된 조건에서 이는 절삭면의 청결도를 향상시키고 재용융물의 축적을 줄일 수 있습니다.

기계 공구 마모 없음

레이저 에너지가 재료 제거를 수행하기 때문에 공작물과 접촉하는 기존의 드릴이나 절삭 공구가 없습니다.

이는 특히 다음과 같은 경우에 유용합니다.

• 다이아몬드;
• 시에티오피아세늄(SiC)
• 세라믹;
• 고온 합금;
• 가공하기 어려운 기타 재료.

확장된 유효 처리 거리

물줄기는 레이저를 기존의 자유 공간 초점 영역을 넘어 유도합니다.

대표적인 공정 데이터에 따르면 작동 거리는 대략 다음과 같습니다. 5–50 mm시스템 및 제트 조건에 따라 다릅니다.

프로세스 효율성

제공된 응용 데이터에서 특정 탄화규소 절단 비교를 위해, 워터젯 유도 레이저 절단 속도는 대략 다음과 같습니다. 6–10mm/분 보고된 수치는 대략적인 수치와 비교됩니다. 다이아몬드 와이어 절단 시 2~4 mm/min의 속도 슬러리 기반 절삭의 경우 1~2 mm/min.

같은 참고 자료는 잠재적인 가능성을 시사합니다. 유사한 SiC 응용 분야에서 3~5배 향상된 처리 효율.

이 수치들은 재료 및 공정별로 다르므로 모든 가공물에 일반화해서는 안 됩니다.

레이저 미세가공 시스템 선택 방법

레이저 미세가공 시스템을 선택할 때는 장비 사양보다는 적용 분야를 먼저 고려해야 합니다.

다음 요소들을 평가해야 합니다.

1. 공작물 재료

식별 :

• 재질 등급;
• 코팅;
• 복합 구조;
• 열적 특성;
• 취성;
• 레이저 흡수 특성.

2. 피처 형상

해당 프로세스에 다음 사항이 필요한지 정의하십시오.

• 절단;
• 교련;
• 미세 구멍 드릴링;
• 슬롯팅;
• 홈을 파다;
• 윤곽 가공.

구멍의 경우, 다음과 같이 명시하십시오.

• 지름;
• 깊이;
• 각도;
• 테이퍼 요구 사항;
• 구멍 간격.

3. 재료 두께 및 가공 깊이

필요한 깊이는 레이저 출력, 가공 전략 및 주기 시간에 직접적인 영향을 미칩니다.

심층적인 특징은 여러 번의 처리 과정을 거쳐야 할 수 있습니다.

4. 열 손상 허용 오차

항공우주용 합금, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 세라믹 및 반도체 재료의 경우, 허용 가능한 열 변형률을 명확하게 정의해야 합니다.

5. 표면 품질

지정 :

• 요구되는 거칠기;
• 제한을 재설정합니다.
• 모서리 품질;
• 버 요구 사항;
• 허용 가능한 미세 균열.

6. 생산 처리량

실험실용 레이저 미세가공 공정이 산업 생산에 자동으로 적합하다고 볼 수는 없습니다.

주기 시간, 자동화 및 반복성을 평가해야 합니다.

7. 공정 검사

중요 부품의 경우, 해당 공정에는 다음이 필요할 수 있습니다.

• 광학 현미경;
• SEM 검사;
• 횡단면 분석;
• 치수 측정;
• 금속 조직학적 평가.

따라서 올바른 레이저 미세가공 시스템은 레이저 광원, 워터젯 제어, 정밀 모션 및 검증된 공정 레시피의 조합입니다.

그린스톤 워터젯 유도 레이저 가공 시스템

그린스톤은 정밀 레이저 미세가공, 레이저 미세 드릴링, 정밀 레이저 드릴링 및 첨단 소재 가공을 위한 워터젯 유도 레이저 가공 시스템과 응용 개발 서비스를 제공합니다.

당사의 시스템은 고객의 재료 및 가공 요구 사항에 따라 레이저 소스, 레이저-물 결합 모듈, 정밀 워터젯 제어, 모션 플랫폼 및 공정 제어 시스템을 통합합니다.

고온 합금, 티타늄 합금, 기술 세라믹, 탄화규소, 반도체 재료, 복합 구조물 및 특정 다이아몬드 또는 초경질 재료를 포함한 첨단 엔지니어링 재료에 대한 적용 가능성을 평가할 수 있습니다.

그린스톤은 레이저 출력만을 기준으로 워터젯 레이저 절단기를 선택하는 대신, 다음과 같은 전체 공정 요구 사항을 평가합니다.

• 공작물 재료;
• 구성 요소 도면;
• 특징 크기;
• 구멍 또는 절단면의 형상;
• 가공 깊이;
• 열 손상 허용 오차;
• 표면 품질;
• 요구되는 생산 효율성;
• 자동화 요구사항.

새로운 응용 분야의 경우, 최종 시스템 구성이 결정되기 전에 공정 테스트 및 샘플 평가를 수행할 수 있습니다.

그린스톤에 재료 정보, 부품 도면, 목표 형상 치수 및 가공 요구 사항을 보내주십시오. 당사 기술팀이 적용 분야를 평가하여 적합한 워터젯 유도 레이저 공정 및 레이저 미세 가공 시스템 구성을 추천해 드립니다.

그린스톤 GLMJ6000 워터젯 유도 레이저 미세가공 시스템

고정밀 레이저 미세가공, 미세 구멍 드릴링 및 복잡한 3차원 가공이 요구되는 산업 응용 분야를 위해 GREENSTONE은 다음과 같은 솔루션을 제공합니다. GLMJ6000 워터젯 유도 레이저 미세가공 시스템이 시스템은 고정밀 5축 CNC 플랫폼과 마이크로 워터젯 유도 레이저 기술을 통합하여 높은 치수 정확도, 매끄러운 절단면, 최소한의 열 영향으로 복잡한 부품을 제어된 레이저 가공할 수 있도록 합니다.

GLMJ6000은 다음을 사용합니다. 532nm 펄스형 Nd:YAG 레이저 레이저 빔은 마이크론 크기의 워터젯에 동축으로 결합됩니다. 워터젯에 결합된 레이저 빔은 안정적인 수주 내에서 전반사를 통해 가공물 쪽으로 유도됩니다. 이러한 구성은 유효 작업 거리에서 빔 발산을 억제하는 동시에 지속적으로 흐르는 물이 국부적인 냉각을 제공하고 가공 영역에서 용융된 재료와 가공 잔해물을 제거하는 데 도움을 줍니다.

A 500/600 bar 고압수 시스템수압 안정성을 갖추고 있습니다. ±5바안정적인 마이크로 워터젯 생성을 지원합니다. 50~120μm 노즐. ~와 결합됨 평균 레이저 출력 400W 및 빔 직경 300μm이 시스템은 정밀 레이저 드릴링, 미세 구멍 가공, 정밀 절단 및 기타 까다로운 레이저 미세 가공 공정을 위해 설계되었습니다.

5축 모션 플랫폼은 가공 범위를 제공합니다. 2000 1500 × × 1000 MM,와 B축 회전 범위는 ±120°입니다. 및 C축 회전 범위는 ±190°입니다.5축 동시 CNC 제어를 통해 레이저 워터젯 가공 헤드는 복잡한 3차원 형상을 따라가며 곡면에서 필요한 가공 방향을 유지할 수 있습니다.

와 2000 × 1500 mm 작업대 최대 테이블 하중 용량 1500의 kgGLMJ6000은 정밀 부품과 비교적 큰 산업용 공작물을 모두 수용할 수 있습니다. 위치 정밀도는 다음과 같습니다. JIS 규격에 따르면 ±10 μm / ISO 규격에 따르면 20 μm반복 위치 정확도는 다음과 같습니다. JIS 규격에 따르면 ±8 μm / ISO 규격에 따르면 15 μm.

일반적인 적용 재료 및 구성 요소는 다음과 같습니다. 금속, 초경합금, 고반사 소재, 탄화규소 및 기타 경질 또는 취성 소재, 정밀 시계 부품, 항공우주 및 항공기 엔진 부품, 정밀 금형재료 특성, 부품 형상 및 가공 요구 사항에 따라 GREENSTONE은 용도별 맞춤형 워터젯 유도 레이저 가공 솔루션 및 시스템 구성을 개발할 수 있습니다.

GLMJ6000 기술 사양

그린스톤은 다음과 같은 것을 제공할 수 있습니다. 워터젯 유도 레이저 공정 개발, 응용 테스트, 샘플 가공 및 맞춤형 장비 솔루션 가공 대상물의 재질, 형상, 미세 구멍 또는 절삭 요구 사항, 목표 가공 품질에 따라 맞춤 제작이 가능합니다. 특정 요구 사항을 가진 고객에게 맞춤형 서비스를 제공합니다. 레이저 미세가공, 정밀 레이저 드릴링, 레이저 미세 구멍 드릴링 또는 워터젯 유도 레이저 가공 요구 사항이 있으시면 언제든지 저희 기술팀에 연락하여 적용 가능성을 검토받으시기 바랍니다.