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Our Innovations

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Gas Assist with Optics Protection

Gas (공기, 질소, 수소, 산소 등)의 흐름은 레이저 재료 가공에서 매우 중요한 역할을 합니다. 먼지와 파편을 제거하거나 표면 오염을 방지하고 레이저 재료 가공 중에 발생하는 복잡한 화학적 상호 작용을 관리할 수 있습니다. ULS의 광학 보호 기술과 함께 Gas Assist를 사용하여 다음의 효과를 얻을 수 있습니다.


•   레이저 재료 가공 품질 향상
 Gas Assist는 거의 모든 재료를 가공하는데 있어 매우 유리할 수 있습니다.

 •   운영 비용 절감
Gas 지원으로 가공 속도를 크게 높일 수 있습니다.

 •   레이저 시스템 안전성 향상
Gas Assist는 연소성 재료와 연소성 부산물을 생성하는 재료를 안전하게 가공할 수 있습니다.

 •   유지 관리 감소
Gas Assist는 레이저 시스템 플랫폼 내부의 청결한 작업 환경을 유지하여 광학 표면 및 모션 구성 요소에 오염을 줄입니다. 
                                                                                                          

          

ULS Gas Assist와 Optic Protection의 작동 방식 


ULS Gas Assist와 Optic Protection은 레이저 재료 가공 시 생성되는 부산물을 처리하고 가공 품질과 처리량을 향상시키며 유지 보수 작업을 줄이기 위해 다음의 4가지 구성요소를 제공합니다. 

Manual gas assist와 Computer-controlled gas assist
Gas assist는 레이저가 재료에 초점을 맞추는 지점에서 가공중인 재료에 gas 흐름을 주입합니다. 이것은 재료 표면을 잔류물 없이 깨끗하게 유지하고 특정 화학 반응을 방지 또는 촉진하여 대량의 물질을 제거하는데 사용할 수 있습니다. Gas는 에어 컴프레셔 또는 외부 가스 탱크에서 공급할 수 있습니다. 

Optic Protection
Optic protection은 레이저 시스템 내의 여러 확산제에 깨끗한 압축 공기를 지속적으로 공급합니다. 이러한 확산제에서 공기가 흘러나와 미러 및 렌즈와 같은 중요한 광학 요소 주변에 공기 정압 장벽을 만들고 가공 중에 발생하는 먼지와 이물질이 광학 표면을 오염시키는 것을 방지하여 광학 제품의 수명, 가공 처리량 및 품질을 향상시킵니다. 
Computer-controlled gas assist는 Gas assist와 동일한 기능을 수행하지만 서보 밸브를 통해 흐르는 gas의 유량을 제어합니다. 이를 통해 설계 파일 또는 동일한 설계 파일 내의 개별 프로세스 사이에 gas 주입 속도를 변경할 수 있으며 또한 사용자는 일부 ULS 레이저 시스템에서 gas 혼합물과 그 비율을 선택할 수 있습니다.

ULS Air Compressor
압축 공기는 작업장 공기, 공기 탱크 또는 공기 압축기와 같은 다양한 소스에서 공급될 수 있습니다. 레이저 재료 가공을 위한 공기 공급원을 선택할 때, 공기 청정도, 오일 및 수분 함량 등 고려해야할 많은 요소가 있습니다. ULS는 Optics protection 및 Gas assist 구성 요소 모두에 최적으로 조절된 공기를 제공하는 압축 공기 솔루션을 제공합니다. 또한 압축기는 필요시에만 공기를 공급하며 레이저 시스템을 제어하여 불필요한 마모, 전기 요금 및 소음을 줄입니다.

Gas Assist Attachment
Gas는 Coaxial gas assist 또는 Lateral gas assist의 두 가지 보조장치 중 하나를 통해 전달될 수 있습니다. Coaxial gas assist는 gas를 재료 표면에 수직으로 유도합니다.  각 초점 렌즈마다 각각 다른 Coaxial gas assist가 있어 빔 경로 장애물을 피하면서 재료와의 최적의 거리를 유지합니다. Lateral gas assist는 재료 전체에 gas를 전달하고 지정된 재료의 요구사항에 완벽하게 알맞게 위치와 방향 모두에서 사용자가 조정할 수 있습니다. 각 유형의 흐름은 다양한 재료 가공 응용 분야에 유용합니다. 

 
레이저 시스템 Carriage 렌더링 이미지 
Gas Assist 미부착 (좌), Coaxial Gas Assist 부착 (중간), Lateral Gas Assist 부착 (우)



    
레이저 시스템 Carriage 구성도
Gas Assist 미부착 (좌), Coaxial Gas Assist 부착 (중간), Lateral Gas Assist 부착 (우)



          

향상된 레이저 재료 가공 


레이저 재료 가공은 먼지, 잔류물, 오수, 연기 및 증기와 같은 부산물을 생성합니다. 이러한 부산물의 특설은 물질에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어 우드 및 종이 재료는 레이저 가공 작업 시 연소가 되면서 연기 및 재와 함께 이산화탄소와 수증기를 생성합니다. Anodized aluminum의 레이저 마킹 작업은 실제로 부산물이 거의 발생하지 않습니다. 레이저는 양극산화 처리된 코팅 내에서 유기 사체를 분해합니다. 철 및 철 화합물의 레이저 마킹 가공 작업은 고대비 마킹 공정에 유용하지만 커팅 시에는 원하지 않는 금속 산화물이 생성됩니다. 
Gas assist 및 Computer-controlled gas assist는 가공 시점에 질소, 헬륨, 아르곤 또는 공기와 같은 gas를 주입하여 이러한 부산물을 관리하는데 도움을 줍니다. 결과적으로 가공된 재료 품질은 세가지 다른 메커니즘, 기계적 부산물 제거, 열전도 및 화학 반응의 개선이나 억제를 통해 크게 향상될 수 있습니다. 

기계적 부산물 제거
사용되는 Gas 유형에 관계없이 가공 지점에 주입되는 Gas의 강력한 흐름은 재료와 주변에 축적된 부산물을 제거하는데 도움이 됩니다. 레이저 에너지에 노출될 때 녹는 재료의 경우 melt pool을 배출하여 더 깨끗하고 일관된 레이저 커팅 및 레이저 마킹 작업을 할 수 있습니다. Gas를 생성하는 재료는 레이저 에너지의 전달을 억제하거나 국지적인 화학적 성질을 변경할 수 있습니다. 이러한 Gas를 불어냄으로써 공정을 개선할 수 있습니다. 일부 재료는 빠르게 응고되고 레이저 빔의 표면 경로를 차단하여 레이저 재료 가공 작업을 방해할 수 있습니다. 이러한 경우 공정을 방해하지 않도록 재료를 제거해야 합니다. 
Coaxial gas assist 및 Lateral gas assist 을 사용하면 재료가 표면에서 배출되는 경로를 제어할 수 있습니다. Coaxial gas assist는 재료에 공기를 강제 주입하여 커팅, 조각 및 마킹 공정에서 레이저 재료 가공 부산물을 제거하는데 도움을 줍니다. Lateral gas assist는 다양한 입사 각도로 재료 표면을 따라 공기를 보낼 수 있는 조절식 부착물입니다. 이상적인 처리를 위해 각 라인에 오염 물질이 없어야 하는 래스터 마킹 공정에서 특히 도움이 되는 Coaxial gas assist 및 Lateral gas assist 장치는 도구 없이 쉽게 설치/재설치가 쉽고 가공 작업의 유연성 향상에 도움을 줍니다. 

           
Coaxial gas assist (좌) : 레이저 재료 가공의 부산물을 커팅 위치로 안내 하고, air assist 는 재료 쿨링 및 가용 산소를 증가시켜 커팅 성능을 향상시킵니다.  
Lateral gas assist (우) : 재료에서 떨어져 나오는 레이저 재료 가공 부산물을 배기구 쪽으로 안내합니다.


열전도
Gas Assist는 재료에서 부산물을 기계적으로 제거하는 것 외에도 레이저 재료 가공의 결과로 발생하는 열을 분산시키는데 도움이 됩니다. 이것은 고온에 민감한 재료 또는 열영향 영역을 발달시킬 수 있는 재료 가공시에 매우 유용합니다. 


화학 환경 관리
처리 지점에 주입된 gas는 질소, 산소 및 미량의 기타 gas 혼합물을 포함하는 주변 공기를 대체합니다. 이러한 gas는 레이저 가공 작업 중에 재료와 화학적으로 상호작용할 수 있으며 화학 반응은 재료에 따라 크게 달라지고 지나치게 복잡할 수 있습니다. 부적절한 gas 구성은 과도한 탄화, 산화 및 변색과 같은 다양한 가공 결함을 야기할 수 있고 가공의 효율성을 낮추고 장비의 작동 안전에도 영향을 미칠 수 있습니다. 
다행스럽게도 ULS의 Coaxial gas assist와 Lateral gas assist를 사용하여 공기(N2 및 O2)를 다른 gas 혼합물로 교체하여 이상적인 레이저 가공을 달성할 수 있습니다. 이 두 개의 gas assist 장치는 국지적 화학 환경을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌과 같은 저 분자량 유기 재료와 종이 및 우드와 같은 천연 재료는 레이저/재료 접촉면에서 불꽃을 생성하는 경향이 있습니다. 이 불꽃은 재료와 공기 중의 산소와 상호 작용하는 레이저 공정의 강한 열기로 인해 발생하며 부품에 부정적인 영향을 미치고 잠재적으로 작동 안전성을 손상시킬 수 있습니다. Gas assist는 주변 공기를 질소, 아르곤, 헬륨 등 불활성 gas로 대체하여 산소 농도를 크게 줄일 수 있고 이어서 연소 반응을 억제 시키고 불꽃이 생길 수 있는 잠재성을 없앱니다. 


운영 비용 절감
레이저 가공 시 gas를 사용했을 때 처리량이 향상되며 경우에 따라 gas를 사용하지 않고는 간단한 레이저 재료 가공도 할 수 없습니다. Gas를 사용하여 처리량을 2~3배까지 확대할 수 있으며 부품 생산과 관련한 모든 자원과 작업 사이클 타임을 줄여줍니다. ULS의 Computer-controlled gas assist 기술은 gas를 가공 지점으로 국지적으로 이동시켜 폐기물을 최소화합니다. 특수 밸브는 gas 전달 속도를 자동으로 제어하여 폐기물을 더욱 줄일 수 있으며 레이저 시스템이 유휴 상태이거나 특정 공정에서 사용이 필요하지 않는 경우 등의 상태에서 gas 흐름을 차단합니다. 이러한 기능은 모두 Gas assist를 사용할 때 운영 비용을 줄입니다.


시스템 안전성 향상
레이저 가공 작업 시 Gas assist 를 사용하지 않으면 안전 문제를 야기할 수 있는 재료가 있습니다. Gas는 가공 지점에서 가연성 잔류물을 제거하고 재료에서 나올 수 있는 불꽃을 소화시키며 자발착화 연소를 억제할 수 있습니다. 이러한 모든 메커니즘은 가공 중에 재료에 불이 옮겨 붙는 위험을 줄여 시스템, 시설 및 사용자 안전을 향상시킬 수 있습니다.

 
아크릴 재료 레이저 커팅 시, Gas assist 사용의 예 
 (좌) Gas assist 미 부착 : 아크릴레이트 부산물이 점화되어 안전성 위험이 커지고 가공 품질이 낮아집니다.   
(우) Gas assist 부착 : 아크릴레이트 부산물 점화 현상이 없으며 가공 안전성 증가 및 커팅 가장자리가 화염 광택처리 됩니다.  

                                                                                    
유지 보수 감소
Optic Protection은 중요한 광학 요소의 오염을 최소화합니다. 기계적 및 화학적 클리닝 공정으로 인해 광학 장치의 코팅이 마모되거나 표면에 스크래치가 생길 수 있으며 잠재적으로 레이저 에너지 흡수를 증가시켜 추가 손상을 유발할 수 있습니다. 이러한 부정적인 효과들은 Optic protection으로 쉽게 줄일 수 있으며 값비싼 광학 부품의 수명을 연장시킬 수 있습니다.  또한 오염된 광학 장치는 재료에 전달되는 출력량을 줄이고 일부 응용 분야에서는 잠재적으로 레이저 시스템의 처리량을 감소시킬 수 있습니다. Optic protection은 이러한 문제를 방지하고 레이저 시스템이 매우 오염된 환경에서도 최적의 출력으로 작동할 수 있도록 합니다.