빔 성형은 파이버 레이저가 얇고 두꺼운 금속 부품을 절단하는 데 도움이 됩니다.

Jun 02, 2023

파이버 레이저는 응용 분야의 절단 요구 사항에 맞게 빔의 에너지 프로필을 변경하는 빔 성형 기술을 사용하기 시작했습니다. 마작옵토닉스

한동안 사업에 종사해 온 금속 제작자는 CO2 레이저에 대해 감상적일 수 있습니다. 물론 기계 유지 관리가 간단하지는 않았지만 빔이 노즐 중앙에 있고 빔 경로에 잔해물이 없는 정밀하게 조정된 시스템을 사용하면 버터처럼 부드럽고 찌꺼기 없는 가장자리를 제공할 수 있습니다. 지난 10년 동안 가장자리 품질(특히 판재)을 원하는 제작업체는 CO2 시스템을 선택했고, 속도가 필요한 제작업체는 파이버 레이저를 선택했습니다. 그러나 이 계산법이 바뀌기 시작했습니다.

"총 파이버 레이저 출력의 막강한 힘은 답이 아닙니다."

Mazak Optonics의 Al Bohlen 사장은 4월 말 일리노이주 Elgin 시설에서 열린 오픈 하우스에서 이렇게 말했습니다. 이 행사는 회사가 OPTIPLEX 3015 NEO 15kW 광섬유 레이저 절단기를 공식적으로 소개한 행사였습니다.

최근 몇 년 동안 레이저 기계 공급업체는 얇은 시트뿐만 아니라 다양한 재료 등급과 두께를 효과적으로 절단할 수 있도록 파이버 레이저의 기능을 확장하려는 목적으로 빔 특성을 변경하는 혁신 기술을 도입했습니다. 4월 행사에서 Mazak Optonics는 파이버 레이저를 더욱 유연하게 만드는 접근 방식을 설명했습니다.

Bohlen이 설명했듯이 이 시스템은 높은 광섬유 레이저 출력의 "무차별적인 힘" 이상을 사용합니다. nLight 파이버 레이저 소스는 Mazak 커팅 헤드와 함께 다양한 열 프로파일과 다양한 빔 직경 및 초점 거리를 생성하여 얇은 재료와 두꺼운 재료 모두에서 높은 가장자리 품질을 생성할 수 있는 빔 성형 기술을 사용합니다.

레이저는 단일 코어 광섬유 케이블을 통해 전달되는 대신 다중 코어 케이블을 통해 이동합니다. 본질적으로 이 기술은 광섬유의 여러 코어에 전력이 분배되는 방식을 제어합니다. Bohlen은 "우리는 각 코어를 통과하는 레이저 출력의 양을 비례시킬 수 있습니다."라고 말했습니다. "이를 통해 우리는 빔의 더 차가운 코어를 생성하고 외부 가장자리에 더 많은 에너지를 집중할 수 있습니다. 우리는 코어의 다양한 요소를 통해 파이버 레이저의 열을 이동시키고 있으며 이를 통해 다양한 모드를 생성합니다."

역사적으로 대부분의 파이버 레이저 절단 기계는 중앙에 높은 출력 밀도가 있고 가장자리에 낮은 출력 밀도를 갖는 단일 빔 프로파일을 갖는 레이저와 함께 판매되었습니다. Bohlen은 "이는 창 끝처럼 중앙에 열이 있는 모양을 만듭니다. 출력 밀도가 높으면 얇은 재료를 매우 빠르게 절단할 수 있는 놀라운 기능이 제공됩니다."라고 말했습니다. 그러나 재료 두께가 증가함에 따라 이러한 빔 전력 프로파일을 사용한 절단은 더욱 어려워집니다. Bohlen은 "보조 가스는 용융된 재료를 절단 부분에서 꺼내기 위해 매우 열심히 작동해야 합니다."라고 말했습니다. "절단 과정을 통해 어려움을 겪고 있습니다." 재료가 두꺼워짐에 따라 가스 흐름은 방향을 바꾸려고 시도하고 절단 부분에는 슬래그, 불순물 및 심한 줄무늬가 생깁니다.

수년에 걸쳐 광학 장치는 파이버 레이저 빔의 직경을 늘릴 수 있었지만 동일한 열 프로필(중앙은 높고 가장자리 주변은 낮음)을 사용했습니다. 빛이 절단 헤드에 도달하기 전에 소스에서 빔 프로파일을 변경하면 가장자리 주변에 더 많은 에너지가 있고 중앙에 더 적은 에너지가 있는 빔 에너지 분포가 생성됩니다.

Bohlen은 "이 모든 것에도 불구하고 이 빔을 가져와서 뭔가를 할 수 있는 지능형 절단 헤드가 여전히 필요합니다"라고 설명했습니다. 새로운 Mazak 커팅 헤드에는 멀티코어 섬유에서 방출되는 더 큰 빔 직경을 수용하고 이를 작은 노즐 구멍의 중앙을 통해 보낼 수 있는 광학 장치가 있습니다. "우리는 도넛 모드를 사용하여 이제 더 작게 만들고 직경을 제어할 수 있습니다. [커팅 헤드]는 레시피의 중요한 재료로 남아 있습니다."

레이저 빔 외부의 높은 에너지는 특히 매우 두꺼운 판을 절단할 때 줄무늬를 부드럽게 하고 테이퍼를 제거하는 데 도움이 됩니다. 이러한 테이퍼는 용융 금속이 좁은 절단면 아래로 대피하기 위해 고군분투할 때 생성되며, 빔 에너지 프로파일은 가장자리가 상대적으로 시원하고 중앙이 뜨겁습니다. 워터젯 및 플라즈마 시스템은 토치를 기울여 테이퍼를 제거할 수 있습니다. 이제 빔 모드와 직경 제어를 사용하는 파이버 레이저 절단을 사용하면 "1인치 두께의 부품을 직선으로 절단할 수 있습니다"라고 Bohlen은 말했습니다.