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레이저 라인 블루: 재료 가공을 위한 새로운 차원을 열다

도전

1000 nm의 파장 범위에서 반사도가 높은 구리나 금과 같은 재료의 낮은 에너지 흡수율은 표준 IR 레이저를 위한 큰 도전입니다. 필요한 높은 출력 집중도로 인해 안정적이지 못한 용융조와 분사 상태를 특성으로 갖는 프로세스가 나타나게 됩니다. 이러한 요인은 전기 부품 가공 시 좋지 않은 영향을 주게 됩니다.

솔루션

레이저 라인에서 제공하는 고출력 다이오드 레이저 시리즈 블루는 구리, 금 및 해당 합금 재료의 가공 절차를 다양한 방법으로 최적화합니다. 약 445 nm의 파장으로 작동하는 이 시리즈는 반사도가 높은 재료를 레이저로 가공하는 이상적인 광원입니다. 몇 배나 높은 흡수율을 통해 레이저 스폿의 집중도는 낮아지고 그 크기는 더 커집니다.

블루 레이저 라이트를 통한 효율성

블루 다이오드 레이저가 구리, 금 그리고 반사도가 높은 다른 재료의 가공을 여러 측면에서 혁신합니다. 최대 4 kW의 cw-블루 레이저 라이트를 445 nm 파장 범위의 다이오드로부터 직접 생성하는 방식은 산업용 레이저에 있어 매우 특별한 방식일 뿐만 아니라 복잡하고 비효율적인 파장 변조 절차를 불필요하게 만들어 줍니다. 동시에 흡수율과 이에 따른 프로세스 효율성 역시 IR 레이저와 비교하여 몇 배나 높습니다. 정밀하게 제어 가능한 다이오드 레이저 에너지 증착은 구리가 기화되지 않고 용융되도록 하여 기존에 도달하지 못했던 용융조의 안정성을 확보하게 됩니다. 이는 새로운 활용 방법, 예를 들어 얇은 구리 호일의 열전도 용접이나 전기 커넥터의 스플래쉬 없는 용접 프로세스 등에 활용될 수 있습니다.

블루 다이오드 레이저의 용례

헤어핀 용접

2,9 kW | Single Pin 9,9 mm²

헤어핀 용접 | 9.9 mm2(개별 핀)

  • 간편하면서도 견고한 절차
  • 높은 흡수율과 큰 스폿 사이즈
  • 갭, 정렬 오류 및 부품 공차에 대해 민감하지 않음
  • 용융조가 즉시 생성되어 짧아진 프로세스 시간

구리 및 해당 합금 재료에 대한 적층 가공

  • IR 레이저와 비교하여 최소 5배 높은 구조율
  • 안정적인 구리 및 해당 합금 재료에 대한 적층 가공 프로세스
  • 스테인리스 스틸, 니켈 및 합금 가공 절차의 효율성이 약 20% 높아짐

파우더 효율성: >80%

구조: 구리로만 구성된 벌크 재료

밀도: >99.8%

지원: DMG MORI Ultrasonic Lasertec GmbH

블루 다이오드 레이저를 이용한 수중 조사

  • 파란색 파장은 수중에서 완벽하게 퍼져 나갑니다.
  • 레이저 수중 조사 방식을 통해 일련의 열처리 및 생화학 프로세스가 가능해집니다.
  • 한 예로 해양 구조물 표면에서 자라나 제거하기 어려운 해양 생물 제거를 들 수 있습니다.
  • 블루 레이저를 이용한 청소 절차는 기존 절차와 비교하여 부담을 덜 주고 환경 친화적일 뿐만 아니라 높은 효율성을 보여줍니다.
  • 레이저 라인 LDMblue의 블루 래이저는 세포를 파괴하는 방식으로 작동합니다.
  • 이를 통해 표면에 자리잡은 해양생물에 손상을 주어 물 흐름에 씻겨 내려가도록 합니다.

사진 출처: LZH

하이브리드 레이저 프로세스: Blue + NIR

LDMblue의 블루 레이저 광선과 적외선 파장 범위의 레이저가 함께 작용하여 매우 안정적이면서도 스플래쉬가 거의 없는 심층 용접 공정이 가능합니다. 블루 레이저는 심층 용접에서도 프로세스를 안정화시킵니다. NIR 레이저는 추가적인 에너지를 공급합니다. 레이저 라인에서는 이를 위해 특수 하이브리드 옵틱 장치를 개발하였으며, 이를 통해 블루 레이저 광선과 NIR 레이저 광선을 하나로 묶습니다.

한 눈에 살펴보는 기술 장점

블루 다이오드 레이저는 당사의 모듈 방식 제품군 기술을 바탕으로 개발되었으며, 이 기술은 지난 수년 동안 산업 분야에서 그 성능을 검증받았습니다. 이 출력 등급에서 당사의 블루 레이저는 가장 컴팩트하면서 가시적인 레이저 라이트를 제공합니다.

  • 약 445 nm 파장에서 발휘되는 최대 4,000 W의 레이저 출력(CW)
  • 스캐너와 최적의 레이저 조사를 위한 고정식 옵틱 장치
  • 반사도가 높은 재료에서의 최적화된 흡수율
  • 실제에서 검증된 시스템 아키텍처
  • 안정화된 용융조 특성을 통한 매우 안정적인 프로세스
  • 2개의 빔 소프트(옵션)

레이저 라인 블루 다이오드 레이저 개요

최대 레이저
출력*
400 W800 W1.800 W2.000 W1.500 W3.000 W4.000 W
조사 등급20 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad60 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad30mm.mrad 
 다른 출력과 프로세스에 최적화된 조사 등급 제공 가능
파이버 옵틱 케이블400 µm [NA 0,1]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,2]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]
섬유 길이섬유 길이 최대 20 m
출력
안전성
< ± 2%, 2시간 이상
파장
범위
445 nm ± 20 nm
제품 시리즈LDMblueLDFblue

*섬유 길이가 5 m일 경우 출력 정보

 

산업용 블루 레이저의 사용 - 그 시작

블루 다이오드 레이저는 2018년 처음으로 사용되기 시작했습니다. 그 후 3년 동안 독일 연방교육연구부(BMBF)의 효율적인 고성능 레이저 광원(EffiLAS) 지원 정책을 통해 블루 킬로와트 다이오드 레이저가 만들어지고 재료 가공을 위해 최적화되었습니다. 전 세계에서 찾아보기 힘든 개발 과정을 통해 레이저 기술의 새로운 분야가 만들어지게 됩니다: 가시 파장 범위의 레이저 광선을 이용한 재료 가공이 바로 그것입니다.

다양한 산업 분야에서 적외선 레이저는 탁월한 성과를 이루어냈습니다. 적외선 광선은 비철 금속의 가공, 특히 구리 가공에 적합하지 않습니다. 가장 중요한 이유는 비철 금속의 경우 이 파장 범위의 레이저 광선 흡수율이 매우 낮다는 점입니다. 이를 통해 용접 프로세스가 종종 안정적이지 못하게 진행되며 해당 용접 오류로 인해 불량품이 발생할 수 있습니다. 높은 흡수율을 얻기 위해서는 파장이 450 nm인 블루 라이트의 짧은 파장을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 훨씬 더 높은 흡수율을 통해 레이저 구리 가공 시 높은 품질과 균일한 결과를 얻을 수 있게 됩니다. 블루 레이저 광선을 사용할 수 있게 됨에 따라 구리나 금과 같은 비철 금속의 레이저 가공에 새로운 가능성이 열리게 되었을 뿐만 아니라 다양한 금속의 접합 역시 가능해졌습니다. 특히 재생 에너지 분야와 대체 구동 시스템 분야에서 블루 레이저를 생산 공정에 사용할 수 있는 새로운 가능성을 볼 수 있게 되었습니다. 이를 통해 전기 자동차 생산 과정에서 내연기관 장착 승용차에서보다 약 팔 킬로그램 더 많은 구리를 가공할 수 있게 됩니다. 작은 값이기는 하지만 모두 합해서 본다면 블루 레이저의 폭넓은 이용 가능성을 확인할 수 있습니다. 예를 들어 배터리 제조 과정에서 10 마이크로미터 두께의 구리 부품을 접합하거나 다른 금속과 연결하는 것도 가능합니다. 이는 블루 라이트 스펙트럼의 블루 라이트 고성능 다이오드 레이저를 최초로 사용할 수 있도록 해줍니다.

풍력 발전 시설 공정에서는 더 많은 구리가 필요합니다. 대형 해상 풍력 발전용 블레이드의 경우 최대 30 t의 구리가 부착됩니다. 따라서 이 분야에서도 앞으로 레이저를 사용할 수 있을 것입니다. 높은 연결 품질을 통해 이 프로세스는 또한 전자 기술 분야에서의 사용에도 매우 적합합니다. 특히 연결 위치가 우수한 내열 특성을 갖추어야 하는 출력 전자장치의 부품 생산 과정에 이상적입니다.

전자 장치 분야 외에도 블루 레이저의 새로운 파장은 금 가공에도 적합합니다. 따라서 귀금속 가공 절차에서도 새로운 사용 방법이 구현됩니다. 계속 발전하는 기술 개발과 함께 다양한 다른 사용 분야의 개척 역시 가까운 미래에 기대되는 점입니다. 이를 통해 고새로운 파장 범위의 출력 다이오드 레이저가 산업 생산에 사용될 수 있도록 하는 빠른 기술 혁신이 지속될 것입니다.