레이저 절단 품질을 위한 9가지 필수 표준 | 지금 바로 절단 품질 개선하기

레이저 절단기의 품질은 주로 절단 품질에 의해 결정되며, 이는 기계를 평가하는 가장 직접적인 방법입니다. 레이저 커팅기를 구매할 때 신규 고객은 일반적으로 기계가 수행하는 샘플 커팅 프로세스를 보도록 요청합니다.

참조하세요:

• 파이버 레이저 절단기를 선택하는 방법은 무엇입니까?

절단 속도는 레이저 커팅 장비는 고객이 고려해야 할 중요한 사항입니다. 또한 샘플의 절단 품질에도 초점을 맞춰야 합니다.

그렇다면 레이저 커팅의 품질을 어떻게 평가하고 어떤 점에 주의해야 할까요? 좀 더 자세히 설명해 드리겠습니다.

다음 9가지 기준은 명심해야 할 중요한 사항입니다.

거칠기

레이저 커팅은 절단면에 특징적인 수직 줄무늬를 생성하며, 이러한 줄무늬의 깊이와 빈도에 따라 표면 거칠기가 결정됩니다. 이러한 선의 강도와 패턴은 절단 품질 및 표면 마감과 직접적인 상관관계가 있습니다.

더 가볍고 덜 뚜렷한 줄무늬는 더 매끄러운 절단 표면을 나타내며, 결과적으로 거칠기 값(Ra)이 낮아집니다. 이렇게 더 매끄러운 마감은 일반적으로 미적 매력과 기능적 성능을 모두 향상시키므로 대부분의 응용 분야에서 바람직합니다.

표면 거칠기는 절단면의 시각적 외관뿐만 아니라 마찰 특성, 내마모성, 재료 접착 가능성 등 마찰학적 특성에도 큰 영향을 미칩니다. 표면이 매끄러울수록 일반적으로 마찰 계수가 낮아지고 내마모성이 향상되며, 이는 동적 접촉이 발생하거나 정밀한 맞춤이 필요한 부품에 매우 중요할 수 있습니다.

대부분의 레이저 절단 응용 분야에서 표면 거칠기를 최소화하는 것은 최적의 부품 품질을 달성하기 위한 주요 목표입니다. 따라서 더 가볍고 균일한 스트라이프는 우수한 절단 품질을 나타냅니다. 이러한 스트라이프 형성에 영향을 미치는 요인으로는 레이저 출력, 절단 속도, 보조 가스 압력, 재료 특성 등이 있습니다.

거칠기를 정량화하고 제어하기 위해 제조업체는 종종 표면 거칠기 측정(예: Ra, Rz 값)을 사용하며 애플리케이션 요구 사항에 따라 허용 가능한 범위를 지정할 수 있습니다. 고급 레이저 절단 시스템은 실시간으로 파라미터를 최적화하여 다양한 재료 두께와 구성에 걸쳐 일관된 표면 품질을 유지할 수 있습니다.

수직성

판금 두께가 10mm를 초과하면 절삭 날의 직각도가 치수 정확도와 후속 가공 작업 모두에서 중요해집니다. 레이저 빔이 초점에서 전파될 때 레이저 빔의 고유한 발산은 두꺼운 재료의 절단 품질에 큰 영향을 미칩니다.

빔이 재료를 통과할 때 커프(절단 폭)가 달라지므로 커프가 갈라집니다. 이 발산은 재료 표면에 대한 초점 위치에 따라 커팅의 상단 또는 하단 폭이 더 넓어지는 테이퍼 커팅을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 초점이 위쪽 표면에 설정된 경우 일반적으로 커프는 커팅의 아래쪽으로 갈수록 넓어집니다.

실제 수직도와의 편차는 재료 두께와 레이저 매개변수에 따라 몇 밀리미터에서 수 밀리미터까지 다양할 수 있습니다. 이 편차는 직각도 또는 직각도 허용 오차로 정량화되며, 종종 재료 두께의 백분율 또는 절대값으로 표시됩니다.

높은 수직도를 달성하는 것은 여러 가지 이유로 중요합니다:

1. 용접 및 조립 공정에서 향상된 핏업
2. 하중을 견디는 애플리케이션의 구조적 무결성 향상
3. 2차 엣지 마감 작업의 필요성 감소
4. 눈에 잘 띄는 가장자리의 미관 개선

두꺼운 단면 절단에서 수직성을 최적화합니다:

1. 재료 두께에 따라 초점 위치를 미세 조정합니다.
2. 절단 속도와 출력을 조정하여 열 입력 및 용융 재료 흐름을 최소화합니다.
3. 고급 빔 모드 제어(예: 파이버 레이저용 BrightLine)를 활용하여 일관된 커프 폭을 유지합니다.
4. 매우 두꺼운 재료에 대한 멀티 패스 절단 전략 고려하기
5. 적응형 광학 시스템을 구현하여 절단 깊이 전체에 걸쳐 빔 특성을 동적으로 제어합니다.

이러한 파라미터를 신중하게 제어하면 많은 두꺼운 단면 애플리케이션에서 ±0.05mm 이내의 최첨단 직각도를 달성할 수 있어 전반적인 부품 품질을 크게 향상시키고 후처리의 필요성을 줄일 수 있습니다.

절단 폭

일반적으로 절단 폭이라고 하는 커프 폭은 레이저 커팅 정밀도와 부품 품질에 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 전체 절단 품질에는 큰 영향을 미치지 않지만, 고정밀 윤곽선이나 복잡한 피처가 있는 부품을 제작할 때는 중요한 요소가 됩니다.

커프 폭은 윤곽 형상에서 달성할 수 있는 최소 내경에 직접적인 영향을 미칩니다. 판재 두께가 증가하면 일반적으로 레이저 빔의 발산과 재료 상호 작용 시간 증가로 인해 절단 폭이 확장됩니다. 재료 두께와 커프 폭 사이의 이러한 관계는 정밀 응용 분야에서 신중하게 고려해야 합니다.

다양한 재료 두께와 절단 폭에 걸쳐 일관된 고정밀도를 유지하려면 몇 가지 요소를 최적화해야 합니다:

1. 빔 초점: 재료 표면에 대한 적절한 초점 위치를 보장합니다.
2. 가스 압력 및 유형을 지원합니다: 재료와 두께에 따라 조정하여 용융물 배출을 최적화합니다.
3. 커팅 속도: 원하는 커프 폭과 가장자리 품질을 얻기 위해 속도와 파워의 균형을 맞춥니다.
4. 출력 변조: 재료의 특성과 두께에 맞게 레이저 출력을 미세 조정합니다.

참조하세요:

• 레이저 커프에 대해 알아야 할 사항

라인

두꺼운 판재를 고속으로 절단할 때 레이저 빔에 의해 생성된 용융 금속은 수직 빔 아래의 커프에 축적되지 않습니다. 대신 레이저의 움직임을 따라 절단면 아래쪽에서 용융 금속이 배출됩니다. 이 현상은 고압의 보조 가스와 빠르게 움직이는 용융 금속의 운동량으로 인해 발생합니다.

그 결과, 레이저 빔의 진행 궤적을 따라 절단 가장자리에 특징적인 곡선 줄무늬가 형성됩니다. 종종 드래그 라인이라고도 하는 이러한 줄무늬는 공작물의 절단 품질과 치수 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.

이 문제를 완화하려면 동적 이송 속도 제어 전략을 구현하는 것이 중요합니다. 특히 커팅 공정이 끝날 때 이송 속도를 줄이면 이러한 곡선 형성을 크게 최소화할 수 있습니다. 이렇게 감속하면 용융물이 더 잘 배출되고 절단 상단과 하단 사이의 지연이 줄어들어 더 곧고 평행한 스트라이프가 만들어지고 가장자리 품질이 향상됩니다.

최적의 결과를 얻으려면 다음 기술을 고려하세요:

1. 컷의 마지막 10-15%에서 점차적으로 속도를 낮추는 램프 속도 프로파일을 활용합니다.
2. 이송 속도 변화에 따라 보조 가스 압력을 조정하여 용융물 배출을 일관되게 유지합니다.
3. 레이저 출력과 초점 위치를 미세 조정하여 감소된 이송 속도를 보완하고 과도한 열 입력 없이 완벽한 투과를 보장합니다.

Burr

버 형성은 레이저 절단 작업의 품질과 효율성에 큰 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 절단 모서리를 따라 이러한 바람직하지 않은 재료 돌출은 공작물의 치수 정확도와 표면 마감에 영향을 미칠 뿐만 아니라 추가 후처리 단계가 필요하므로 생산 시간과 비용이 증가할 수 있습니다.

버 형성의 심각도와 범위는 절단 품질을 평가할 때 가장 중요하게 고려해야 할 사항입니다. 버는 일반적으로 크기, 모양 및 위치에 따라 분류됩니다:

1. 마이크로 버: 작고 종종 거의 보이지 않는 돌출부
2. 매크로 버: 더 크고 눈에 잘 띄는 포메이션
3. 상단 버: 절단면의 윗면에 발생하는 경우
4. 하단 버: 공작물 밑면 성형: 공작물 밑면 성형

레이저 커팅 중 버 형성에 영향을 미치는 요인은 여러 가지가 있습니다:

• 레이저 출력 및 절단 속도
• 재료 속성(예: 두께, 구성, 열전도도)
• 보조 가스 유형 및 압력
• 초점 위치 및 빔 품질

버 형성을 최소화하는 것은 고품질 커팅을 달성하고 후처리 요구 사항을 줄이는 데 매우 중요합니다. 이는 다음을 통해 달성할 수 있습니다:

• 특정 재료에 대한 절단 매개변수 최적화
• 고급 빔 제어 기술 구현
• 특수 노즐 설계 활용
• 적응형 프로세스 제어 시스템 사용

입금된 자료

천공 공정을 시작하기 전에 레이저 커팅 시스템은 공작물 표면에 특수 스패터 방지 코팅을 적용합니다. 이 얇고 유성인 필름은 용융된 재료의 접착을 방지하는 보호막 역할을 합니다.

절단 작업 중에 고에너지 레이저 빔이 공작물 재료를 기화시켜 기체와 미립자 물질의 혼합물을 생성합니다. 절단 품질을 유지하고 오염을 방지하기 위해 고압 보조 가스(일반적으로 재료에 따라 질소 또는 산소)가 레이저 빔과 동축으로 연결됩니다. 이 가스 분사는 용융된 재료를 커프에서 배출하고 산화 또는 불활성 차폐를 제공하는 두 가지 용도로 사용됩니다.

그러나 기화 및 용융된 재료가 강제로 배출되면 공작물 표면에 원치 않는 증착이 발생할 수 있습니다. 이러한 증착은 위쪽 방향(위쪽 표면)과 아래쪽 방향(아래쪽 표면) 모두에서 발생할 수 있으며, 표면 마감과 치수 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 증착의 패턴과 정도는 재료 특성, 절단 매개변수, 보조 가스 흐름 역학 등의 요인에 따라 달라집니다.

이러한 영향을 완화하려면 레이저 절단 부품에서 원하는 표면 품질과 정밀도를 얻기 위해 최적화된 절단 파라미터, 적절한 가스 흐름 제어 및 후공정 세척 기술이 필요할 수 있습니다.

우울증 및 부식

표면 함몰과 부식은 절삭 날의 품질과 무결성에 큰 영향을 미쳐 공작물의 기능적 성능과 미적 외관을 모두 손상시킬 수 있습니다.

고르지 않은 압력 분포 또는 공구 마모로 인해 발생하는 함몰은 국부적인 응력 집중과 치수 부정확성을 초래할 수 있습니다. 이러한 불완전성은 조기 피로 고장 또는 어셈블리의 부적절한 부품 장착으로 이어질 수 있습니다. 화학적이든 갈바닉이든 부식은 재료 표면을 악화시켜 강도를 감소시키고 잠재적으로 균열 전파를 일으킬 수 있습니다.

이러한 문제를 완화하기 위해 몇 가지 예방 조치를 시행할 수 있습니다:

1. 절단 매개변수를 최적화합니다: 이송 속도, 절삭 속도 및 절삭 깊이를 조정하여 공구 처짐을 최소화하고 균일한 재료 제거를 보장합니다.
2. 견고한 고정장치를 사용합니다: 적절한 워크홀딩 기술을 사용하여 진동을 최소화하고 일정한 절삭력을 유지합니다.
3. 정기적인 공구 유지보수를 실시합니다: 공구 마모를 모니터링하고 표면 품질이 저하되기 전에 절삭 날을 교체합니다.
4. 절삭유 화학 물질 관리: 가공 중 및 가공 후 부식을 방지하기 위해 적절한 절삭유 농도와 pH 수준을 유지합니다.
5. 보호 코팅을 적용합니다: 내식성을 강화하기 위해 가공 후 표면 처리 또는 코팅을 고려하세요.

열 영역

레이저 절단 시 절단 부위에 인접한 영역은 상당한 열 영향을 받아 금속 내부에 미세한 구조적 변화가 발생합니다. 이 열 영향을 받는 영역을 열 영향 영역(HAZ)이라고 합니다.

레이저 빔의 강렬하고 국소적인 열은 빠른 가열 및 냉각 주기를 유발하여 다양한 야금학적 변형을 유도할 수 있습니다. 예를 들어, 강철의 경우 이러한 열 순환은 단단하고 부서지기 쉬운 상인 마르텐사이트를 형성하여 절단면 근처의 재료를 효과적으로 경화시킬 수 있습니다. 반대로 일부 알루미늄 합금에서는 열로 인해 강화 침전물이 용해되어 국부적인 연화가 발생할 수 있습니다.

마이크로미터 단위로 측정되는 HAZ의 범위는 레이저 출력, 절단 속도, 재료 특성 및 두께를 비롯한 여러 요인에 따라 달라집니다. 절단 부품의 기계적 특성과 치수 정확도를 유지하려면 HAZ를 최소화하는 것이 중요합니다. 고급 레이저 절단 시스템은 레이저 파라미터를 정밀하게 제어하고 보조 가스를 사용하여 절단 품질을 최적화하는 동시에 열 효과를 최소화합니다.

열 영역을 이해하고 관리하는 것은 고품질 절단을 달성하고 레이저 절단 부품의 구조적 무결성을 보장하는 데 필수적이며, 특히 엄격한 공차 또는 특정 재료 특성이 필요한 응용 분야에서는 더욱 그렇습니다.

변형

레이저 절단 중 국부적으로 빠르게 가열되면 열 응력이 발생하여 부품 변형이 발생할 수 있습니다. 이러한 현상은 복잡한 피처와 얇은 연결 섹션의 폭이 몇 밀리미터에 불과할 수 있는 정밀 제조에서 특히 중요합니다. 레이저 빔에 의해 생성된 열 구배는 차동 팽창과 수축을 유발하여 공작물의 뒤틀림, 구부러짐 또는 왜곡을 초래할 수 있습니다.

이러한 열 효과를 완화하고 치수 정확도를 유지하기 위해 몇 가지 전략을 사용할 수 있습니다:

1. 레이저 출력 변조: 레이저 출력을 세심하게 제어하면 열 입력을 최적화하여 과열과 그에 따른 변형의 위험을 줄일 수 있습니다. 고급 레이저 시스템에는 재료 두께와 절단 속도에 따라 실시간으로 출력을 조정하는 기능이 통합되어 있는 경우가 많습니다.
2. 펄스 레이저 작동: 일반적으로 마이크로초 또는 나노초 범위의 짧은 레이저 펄스를 활용하면 공작물의 열 축적을 제한하는 데 도움이 됩니다. 이 펄스 모드는 펄스 사이의 열 방출을 허용하여 부품의 전체 열 부하를 최소화합니다.
3. 절단 경로 최적화: 절단 순서를 전략적으로 계획하면 공작물 전체에 열을 더 고르게 분산시켜 국부적인 응력 집중을 줄일 수 있습니다.
4. 적절한 고정: 적절한 공작물 지지대와 클램핑을 사용하면 절단 공정 중 변형 경향에 대응하는 데 도움이 될 수 있습니다.
5. 냉각 기술: 열에 매우 민감한 소재에 보조 가스 냉각 또는 극저온 냉각을 구현하면 열 영향을 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다.
6. 재료별 매개변수: 가공 중인 특정 재료의 열 특성에 따라 절단 매개변수를 조정하면 최적의 열 관리를 보장합니다.