적용분야

Gasket and Shielding

Laser-Processing / Automotive / Gasket and Shielding

3M™ Microcellular Polyurethane Foam과 DLMP® 기술

3M™ Microcellular Polyurethane Foam의 개요

3M™ Microcellular Polyurethane Foam은 접착 백킹이 있는 (또는 없는) 열 경화성 미세다공성 폴리우레탄 폼으로 구성됩니다. 이 소재는 매우 낮은 압축 영구 변형 특성으로 인해 우수한 쿠션, 밀봉 및 진동 제어를 특징으로 하지만 개방형 셀 구조로 인해 가스와 증기가 소재를 통과할 수 있습니다. 3M 접착제로 라이닝 시 높은 초기 점착성과 넓은 온도범위에서 우수한 전단 강도를 제공합니다.

이 폼 소재는 고성능 개스킷 및 씰링 적용을 위해 개발되었으며 자동차, 항공우주, 전자 및 의료 산업에서 소음 감쇠 및 진동 제어를 위해 활용되고 있습니다.

3M Polyurethane Foam은 240kg/㎥ 및 320kg/㎥ 의 밀도와 1.59 ~ 12.7 mm 두께로 생산됩니다. 접착제가 없거나 다양한 접착제 두께, 캐리어 및 라이너와 함께 사용할 수 있으며 모든 3M Polyurethane Foam은 검정색입니다.

3M Polyurethane Foam과 DLMP® (Digital Laser Material Processing) 기술

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3M Polyurethane Foam의 상대적으로 낮은 밀도와 열경화성 화학물질은 DLMP 기술을 사용하여 이 소재를 쉽게 레이저 가공할 수 있는 핵심 요소입니다. 다음 섹션에서 이러한 소재의 속성이 DLMP (Digital Laser Material Processing) 기술의 결과에 미치는 영향을 자세히 설명합니다. 또한 3M Polyurethane Foam을 사용한 레이저 에너지의 가장 유용한 효과인 재료의 커팅과 수정에 대한 프로세스도 아래 해당 섹션에서 확인할 수 있습니다.

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Material Ablation

Material ablation은 소재를 제거하는 물리적인 프로세스로 소재는 1) 상단에서 하단 표면 방향으로 완전히 제거되거나 2) 소재의 상단에서 지정된 깊이까지 부분적으로 제거됩니다.

폴리우레탄 소재는 10.6㎛ 파장의 CO2레이저 에너지의 우수한 흡수재입니다. 폴리우레탄이 레이저 에너지를 흡수하면 광학 에너지를 분자의 진동 (열)으로 빠르게 변환합니다. 이 유형의 폴리우레탄은 열경화성 소재이므로 충분한 열을 가하면 빠른 화학적 분해가 발생합니다. 레이저 경로에 직접 있는 소재는 제거되어 증기와 미세 입자로 변환되어 깨끗하게 제거됩니다.

일반적으로 폴리우레탄 폼 소재의 제거 공정에는 CO2 레이저가 사용됩니다. 레이저의 지점 또는 경로 바로 외부에 있는 소재는 약간의 열 전도가 있지만 완전한 연소와 제거가 되지 않습니다. 이러한 열 영향부를 열 영향 영역 또는 HAZ (Heat Affected Zone)이라고 합니다. 3M Polyurethane Foam의 경우에는 저밀도 폼 구조가 커팅 또는 조각 공정에 큰 열 부하를 필요로 하지 않기 때문에 HAZ가 거의 생성되지 않습니다. 또한 폴리머는 열경화성이므로 열에 녹지 않고 견딜 수 있습니다.

레이저 커팅

레이저 커팅 프로세스는 지정된 경로를 따라 상단 표면에서 하단 표면까지 소재를 완전히 제거하고 분리하는 것입니다.

3M 폴리우레탄 폼 소재는 서비스 온도가 높고 밀도가 낮아 벌크 소재에서 깨끗하게 제거됩니다. 레이저 커팅으로 인한 가장자리는 매끄럽고 때로는 열공정과 관련된 변색이 없으며 아래 그림1은 6.35mm 두께의 3M 폴리우레탄 폼을 다이아몬드 모양으로 커팅한 샘플로 이 소재의 특징을 보여줍니다.

이 소재의 레이저 커팅 작업 시 잔여물이 거의 발생하지 않기 때문에 대부분의 경우 커팅한 결과물을 그대로 사용할 수 있습니다. 더 두꺼운 부분의 경우 젖은 천을 사용하여 고형물을 닦아낼 수 있습니다. 표시된 기본 기능은 복잡하고 간격이 좁은 커팅 작업을 포함하여 거의 모든 모양으로 확장될 수 있습니다. 접착 라이너와 함께 사용할 경우 소재의 부분 커팅이 가능합니다. 부분 커팅은 소재의 상단 층은 커팅되지만 하단 층은 그대로 유지되는 선택적인 커팅 방법의 한 유형입니다. 이것은 레이저가 전체 작업 영역에서 정밀하게 변조될 수 있기 때문에 가능합니다. 아래 그림 2의 세 이미지는 3M 폴리우레탄 폼소재에 부분 커팅 공정을 적용하는 방법을 보여줍니다. 이때 접착 라이너는 그대로 두면서 원하는 모양과 형태의 폼 소재와 접착제가 벗겨집니다.

레이저 조각

레이저 조각은 소재의 상단 표면에서 지정된 깊이까지 소재를 제거하는 공정입니다. 이 공정은 레이저 변조를 엄격하게 제어하기 때문에 가능합니다. 레이저 전력을 지속적으로 변화시켜 질감, 사진, 텍스트, 숫자 등의 정보를 레이저 조각 작업에 사용할 수 있습니다. 아래 그림 3은 레이저 에너지를 제어하여 소재를 제어된 깊이로 제거하는 방법을 보여주는 예로서 3M 폴리우레탄 폼은 레이저를 사용하여 깨끗하게 커팅할 수 있으며 동일한 이유로 소재의 변색과 녹는 현상이 없이 깨끗한 작업이 가능합니다.

레이저 마킹 (Depth)

레이저 에너지가 바코드, 날짜 / lot code, 일련 번호, 부품 번호 등과 같은 소재에 사람과 (또는) 기계 판독이 가능한 ID와 정보를 생성하는 작업 프로세스를 레이저 마킹으로 간주합니다. 아래 그림 4은 3M 폴리우레탄 폼의 일련번호가 레이저 마킹된 샘플입니다.

결합된 프로세스

재료를 이동시키거나 다시 고정하지 않고도 3M 폴리우레탄 폼에 여러 프로세스를 적용할 수 있습니다. 아래에 그림 5은 시트 형태의 원판에서 3M 폴리우레탄 폼을 커팅하고, 다이아몬드 모양 조각과 일련번호 조각 작업을 완료한 샘플 이미지입니다.

환경, 건강 및 안전 고려 사항

레이저 소재의 상호작용은 거의 항상 기체 유출 및 (또는) 입자를 생성합니다. 열경화성 폴리머를 기반하는 소재의 특성으로 소재가 녹거나 끓는 것이 아니라 화학적인 메틸 카바메이트로 분해됩니다. 기체상태의 유출물이 생성되며 대부분은 일산화탄소로 구성됩니다. 이러한 가스와 미립자는 정부 규정에 따라 생성된 유출물은 외부 환경으로 보내야합니다. 또는 Fume & Dust Extraction 시스템을 통해 필터링 한 후, 외부로 보낼 수 있습니다. 일부 소재는 레이저 가공 작업 중에 가연성 부산물을 생성할 수 있으므로 항상 사용자의 감독하에 레이저 가공 작업이 진행되어야 합니다.

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