3D 레이저를 이용하는 절단(cutting) 가공

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오늘날, 레이저 커팅은 가장 대중적으로 쓰이는 재료 가공 기술 중의 하나이며, 특히 평면(2D) 및 절곡/단조 가공된 입체(3D) 판금에서 많이 쓰이고 있습니다.
물리적인 툴들(샤링, 펀칭, 밀링 등)과 비교해였을 때, 레이저 가공은 많은 장점들을 갖고 있습니다. 

• 최고의 어플리케이션 유연성: 어떠한 재료도 가공이 가능합니다. (모든 종류의 철판, 알루미늄, 합금, 티타늄, 그 외의 많은 금속류 및 플라스틱류)
• 가공 가능한 형태의 제한이 없음: 아무리 복잡한 경로든지, 아무리 날카로운 코너든지, 레이저로는 가공이 가능합니다.
• 우수한 정확도 및 제품의 변형이 없음: 열이나 툴의 기계적인 스트레스로 인해서 발생되는 제품 변형이 없음
• 툴의 마모가 없음

3차원(스탬핑, 절곡, 조립된 부품들) 부문에서는, 다른 가공방식으로는 상상할 수도 없는 새로운 어플리케이션들을 레이저 커팅이 가능케 하였습니다: 

• 커팅 프로파일이 쉽게 교환 가능합니다;
• 복잡하고 값비싼 치구(fixtures)가 불필요합니다;
• 경화(hardened) 재료(열간 압연강 등)나 기존 가공 방식의 경우, 툴을 급격하게 마모시키는 재료를 무리없이 가공할 수 있습니다;
• 탄성이나, 조립시의 오차 등으로 부정확하거나, 바뀔 수 있는 3D 부품의 경우에도 매우 정확한 원형 및 선형이 가능합니다(1/100 밀리미터 단위까지): 3D 레이저 커팅은 안정적이고 반복가능한 방식으로 작업물을 정밀하게 가공합니다;

다양한 어플리케이션 적용성을 보장하고, 최고의 성능과 안전 표준을 위해서, PRIMA INDUSTRIE의 3D 장비들은 같은 그룹 내에서 제작된 CO2 레이저를 대부분 사용하고, PRIMA ELECTRONICS에서 개발한 수치 제어 시스템을 사용합니다. 그러므로,  고유의 책임감과 함께 완전한 테크놀로지의 컨트롤이 가능합니다.

일차적으로, 3D 레이저 커팅은 자동차 차체 부문에서 성공적으로 적용되었습니다: 프로토타입 및 소량 생산에서 레이저 가공이 갖고 있는 프로그래밍의 우수성, 우수한 품질, 반복 재연성 등이 검증되었습니다. 이러한 기능들은 새로운 가공기술을 필요로 하는 항공 우주 부문(특수재료 및 합금), 스테인리스 스틸 및 알루미늄 가공 (백색가전, 의료, 식품) 및 일반적인 고품질의 외주제작에서도 사용되는 계기를 마련하였습니다.

지난 10년 동안, 3D 레이저 장비의 역동성과 안정성은 비약적인 발전을 이루었습니다. 오늘날, 더 많은 장비들이 대량 양산체제(하이드로포밍 튜브 및 부품, 특수강화금속 등)에서 사용되어지고 있습니다. PRIMA INDUSTRIE는 이 분야에서의 논란의 여지가 없는 리더로써 자리잡고 있습니다: 전 세계적으로 수십대의 장비들이 현재 24/7 (연간 8,000시간)으로 가동되고 있습니다.

PRIMA INDUSTRIE가 3D 커팅 용도로써 권장하는 장비들은 아래와 같습니다.

• RAPIDO
• OPTIMO

3D 레이저를 이용하는 용접 가공

레이저 용접은 매우 작은 한 지점에 높은 에너지를 집중적으로 방출하여, 재료를 녹여서 두 부품간의 안정되고 견고한 연결부위(조인트)를 만드는 방식입니다. 부품이 받게 되는 에너지는 조인트에 초점이 맞춰져서, 열에 의해서 영향을 받는 부분과 가공물의 변형을 최소화하게 됩니다.

용접 조인트는 랩 조인트(lap joint)와 버트 조인트(butt joint)로 볼리는 두 가지로 분류가 가능한테, 어떠한 경우에서든지, 특별히 버트 조인트의 경우에, 용접될 모서리 부분들의 품질과 사양이 매우 중요합니다: 정확하게 부품들이 만들어지고, 가공 중에는 단단히 연결되고 클램핑이 되어 있어야 합니다.  때로는, 가접용접(tack weld)을 하여, 가공 중에 모서리들이 견고하게 조인트되어 있도록 하는 것이 나을 경우가 많습니다. 이는, 용접 가공시에는,절단 가공때 보다 기준점 및 클램핑 장치들이 훨씬 중요한 역활을 함을 의미합니다. 일반적으로, 레이저 용접은 자가방식(autogenous)입니다.

가끔, 야금학적 이유(예를 들어 몇몇 알루미늄의 경우)에서나, 조인트가 완벽하지 않아서, 내부를 채워넣어야 할 경우, 충전재(filler material)이 사용될 수도 있습니다. 레이저 용접이 된 조인트는 일반적으로, 다른 용접 기술로 얻어진 조인트들에 비교하였을 때, 보다 얇고, 쉽게 클리닝 및 스무딩 할 수 있습니다. 결과적으로, 레이저 용접은 외관이 중요한 경우(예, 식기, 주방도구, 각종 가구 등)나 위생상의 이유로 (예, 빈 공간이나 용접살이 "생물학적 덫(biological trap)"이 될 수 있는) 음식 및 의료 산업에 적당하다고 할 수 있습니다.

이미 언급한 바와 같이, 기준점 및 클램핑 시스템은 매우 중요합니다. 기존의 방식에서는 치구(fixture)의 복잡성과 제작비용이 매우 높습니다. 레이저 시스템의 경우에는, 이와는 반대로, 단 한번의 페이스(phase)로 가공이 가능합니다. 사실, 레이저 헤드가 부품의 주변을 자유자재로 이동할 수 있기 때문에, 부품의 리포지셔닝이 필요 없습니다. 그렇기 때문에, 치구가 간단해지고, 또한 많은 수의 치구가 필요없게 됩니다.

3D 어플리케이션에서는, 랩 용접(lap welding)이 가장 많이 쓰입니다. 부품들은 대부분 성형(forming)으로 만들어지고, 그러므로, 치구들은 부품들을 탄성을 극복하고 기본 위치에 놓이도록 힘을 주어야 합니다. 레이저 헤드가 경로를 따라 용접할 때에, 치구들은 부품 조인트의 기준을 잡고, 단단히 위치를 고정시키주어야 합니다.
용접 스티치(stitch)의 경우, 일반적으로 비활성 가스(니트로젠, 헬륨, 또는 아르곤)이 사용되어, 용접된 조인트가 산화되는 것을 방지합니다. 일반적으로 이러한 가스는 레이저 빔과 동축을 이루는 노즐을 통해서 공급됩니다. 가스가 필요하지 않은 경우 또는 치구를 통해서 공급되는 경우에는 노즐이 필요 없습니다. 이 테크닉은 HOW (“Hands Off Welding” 비접근 용접) 이라고 불리고, PRIMA INDUSTRIE의 3D 레이저 장비들에서 사용하실 수 있습니다. "원격" 용접 (약 150~200mm 밖의 거리에서 용접)이 포함되어 있으며, 레이저 헤드를 가공물에 근접시킬 필요가 없습니다. 치구가 보다 간단해지며, 사이클 시간도 주목할만큼 줄여집니다.

 

자동차 부문의 차체 부품들에서는, 스티치 용접(stitch welding)이 사용됩니다. (전통적인 스포트 용접과 매우 흡사함.) 다른 용접 기술들에서는, 사이클의 대부분의 시간이 기계 (또는 로봇)을 한 스치티(또는 스포트)에서부터 다음 스티치로 이동하는데에 소모됩니다.  반면, "원격 용접(remote welding)"이 가능한 레이저 용접에서는, 레이저 헤드가 가공품에서부터 많이 떨어진 채로 (1미터 또는 그 이상), 진동 반사경들을 이용해서, 레이저 빔을 가이드해서 용접할 수 있습니다. 스티치 간의 리포지셔닝 시간이 거의 없애버림으로써 (보통 0.1초 이내), 사이클 시간을 획기적으로 줄일 수 있습니다. PRIMA INDUSTRIE의 AGILASER는 현존하는 최대 크기, 최고 속도의 원격 용접 시스템입니다. PRIMA INDUSTRIE의 모든 용접 장비들은, 몇 초내에 교체가 가능한 포커싱 헤드를 교체함으로써 곧바로 레이저 커팅 장비로 전환이 가능합니다.

PRIMA INDUSTRIE가 3D 용접 용도로써 권장하는 장비들은 아래와 같습니다.

• RAPIDO
• OPTIMO
• AGILASER