I. 소개
레이저 절단 기술은 다양한 재료 절단을위한 매우 정확하고 효율적인 방법을 제공함으로써 제조 산업에 혁명을 일으켰습니다. 집중된 레이저 빔을 사용 하여이 기술은 매우 정확한 정확성을 가진 재료를 자르고, 조각하고, 모양을 만들 수 있으므로 자동차에서 전자 제품에 이르는 산업의 필수 요소가됩니다.
그러나 모든 제조 공정과 마찬가지로 레이저 절단에는 제한이 있습니다. 이러한 제약을 이해하는 것은 제조업체가 운영을 최적화하고 특정 요구에 맞는 적절한 기술을 선택하는 데 중요합니다.
이 기사에서는 주로 재료 제약, 기술 및 운영 문제, 안전 및 환경 문제, 특정 응용 프로그램 문제 및 대체 절단 기술을 다루는 레이저 절단 기계의 주요 제한 사항에 대해 설명합니다.
II. 재료 제한
재료의 유형
레이저 절단은 온화한 강철 및 스테인레스 스틸과 같은 철 금속, 알루미늄 합금과 같은 비철 금속 및 아크릴 (PMMA) 및 폴리 카보네이트와 같은 다양한 폴리머를 포함하여 광범위한 재료에 걸쳐 현저한 다양성을 보여줍니다.
그러나 특정 재료는 상당한 도전을 제시합니다. 반사 금속, 특히 구리 및 일부 알루미늄 등급 (예 : 세련된 표면이있는 6061-T6)은 레이저 빔을 반사하여 안전 위험을 초래하고 절단 효율을 줄일 수 있습니다.
이 현상은 흡수를 향상시키기 위해 특수한 고출력 섬유 레이저 또는 표면 처리가 필요합니다. 특정 유리 및 투명 플라스틱과 같은 투명한 재료는 또한 효과적인 처리를 위해 특정 파장 또는 펄스 레이저 시스템이 필요한 흡수 계수가 낮기 때문에 문제가 발생합니다.
재료 두께
레이저 절단 시스템의 두께 용량은 레이저 유형과 전력에 따라 금속의 경우 일반적으로 0.1mm ~ 25mm 범위의 실제 제약 조건을 나타내는 임계 제한을 나타냅니다.
CO2 레이저는 두꺼운 비금속 물질 (일부 아크릴에서 최대 50mm)을 절단하는 데 탁월하지만, 섬유 레이저는 금속 절단에서 우세하며, 특히 가벼운 강철의 최대 20mm 두께에 대해서는 우세합니다.
이러한 임계 값을 넘어서, 품질을 줄이는 것은 빠르게 악화되어 증가 된 kerf 너비, 테이퍼 및 드 로스 형성으로 나타납니다. 최적의 레이저 절단 범위를 초과하는 재료의 경우, 워터젯 절단 또는 플라즈마 절단과 같은 대체 기술은 종종 금속의 25mm 이상의 두께에 더 효과적입니다.
재료 폐기물
재료 활용 효율의 중요한 요소 인 Kerf 너비는 레이저 절단에 크게 다릅니다. 일반적인 케르프 너비는 0.1mm ~ 1mm이며 재료 특성, 레이저 유형 및 절단 매개 변수에 따라 달라집니다.
고출력 섬유 레이저는 얇은 금속에서 더 좁은 kerf (0.1-0.3mm)를 달성 할 수있는 반면, CO2 레이저는 더 두꺼운 재료에서 더 넓은 kerf (0.2-0.5mm)를 생산할 수 있습니다. 이 분산은 재료 수율에 직접적인 영향을 미칩니다. 특히 티타늄 합금 또는 이국적인 강과 같은 고 부가가치 재료를 처리 할 때 특히 중요합니다.
고급 중첩 소프트웨어 및 공동선 절단과 같은 최적화 된 절단 전략은 폐기물을 크게 줄여서 종종 복잡한 부분에서 80-90%의 재료 활용률을 달성 할 수 있습니다. 또한, 재료 특성 및 후속 처리 단계에 영향을 줄 수 있으므로 절단 가장자리에 인접한 열 영향 구역 (HAZ)은 고려되어야합니다.
III. 기술 및 운영 제약
에너지 소비
레이저 절단 기계는 특히 두껍거나 고강도 재료를 처리 할 때 상당한 에너지를 필요로합니다. 전원 요구 사항은 기계 사양 및 레이저 유형 (예 : CO2, 파이버 또는 디스크 레이저)에 따라 다릅니다.
예를 들어, 4kW 섬유 레이저 커터는 일반적으로 작동 중에 15-20kWh를 소비합니다. 이 실질적인 에너지 수요는 운영 비용을 확대 할뿐만 아니라 전체 공정 효율성 및 환경 영향에도 영향을 미칩니다.
이러한 문제를 완화하기 위해 제조업체는 에너지 효율적인 레이저 소스를 점점 채택하고 자동 대기 모드 및 최적화 된 절단 매개 변수와 같은 전원 관리 전략을 구현하고 있습니다. 일부 고급 시스템에는 에너지 복구 시스템이 통합되어 초과 열을 사용 가능한 전기로 변환하여 전체 소비가 최대 30%감소합니다.
초기 설정 및 유지 보수 비용
레이저 절단 기술에 대한 자본 투자는 상당하며 고성능 시스템은 30 만 달러에서 백만 달러 이상입니다. 이 지출에는 기계뿐만 아니라 냉각기, 퓨트 추출기 및 자재 취급 시스템과 같은 보조 장비도 포함됩니다.
설치 및 시운전은 초기 비용에 10-15%를 추가 할 수 있습니다. 지속적인 유지 보수는 최적의 성능과 수명에 중요합니다. 연간 유지 보수 비용은 일반적으로 기계 구매 가격의 3-5%, 소모품 (예 : 노즐, 렌즈), CO2 시스템 용 레이저 가스 및 예방 유지 보수를 다룹니다.
투자 수익률을 극대화하기 위해 제조업체는 IoT 센서 및 머신 러닝 알고리즘을 활용하여 구성 요소 고장을 예측하고 유지 보수 일정을 최적화하여 다운 타임을 최대 50%까지 줄이기 위해 예측 유지 보수 전략을 점차 채택하고 있습니다.
