레이저 마킹 기계의 열영향부 제어 방법

레이저 마킹 기계는 고에너지 밀도 레이저 빔을 사용하여 재료 표면에 영구적인 마크를 생성하는 장치입니다. 마킹 과정에서 레이저는 재료 표면과 그 주변 영역에 열을 발생시키며, 이로 인해 열영향부(HAZ)가 형성됩니다. HAZ는 변색, 탄화 또는 국부적인 응력을 유발할 수 있으며, 이는 마킹 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 본 문서에서는 HAZ의 형성 메커니즘, 영향 요인 및 제어 방법의 세 가지 측면에서 분석합니다.

1. 열영향부의 형성 메커니즘

레이저 마킹 중 레이저 빔은 초점 조절 시스템을 통해 작업물 표면에 집속됩니다. 재료는 레이저 에너지를 흡수하여 급격히 가열되며 국부적인 기화 또는 용융 현상이 발생합니다. 완전히 기화되지 않은 주변 영역은 열전도로 인해 온도가 상승하게 되며, 이로 인해 열영향부(HAZ)가 형성됩니다. HAZ의 주요 특성은 다음과 같습니다.

스팟 크기에 대한 의존성: 더 큰 레이저 스팟은 열을 더 넓은 면적으로 분산시켜 결과적으로 더 큰 HAZ를 유발합니다.

재료의 열전도율: 열전도율이 높은 금속은 열을 빠르게 확산시켜 더 큰 HAZ를 형성하는 반면, 열전도율이 낮은 재료는 열을 국지적으로 가두어 더 작은 HAZ를 형성합니다.

펄스 에너지 및 지속 시간: 고출력, 긴 펄스 또는 연속파 모드는 열 확산을 증가시키는 경향이 있습니다.

2. 열영향부(HAZ) 크기에 영향을 미치는 요인

레이저 파워
더 높은 출력은 더 큰 에너지 흡수, 더 빠른 표면 온도 상승 및 더 넓은 열 확산을 유도하여 HAZ를 확대시킵니다.

펄스 폭 및 반복 속도
단파장 펄스 레이저는 열을 초점에 국한시켜 HAZ를 최소화합니다. 긴 펄스 또는 높은 반복 속도는 열 축적을 유발하여 HAZ를 증가시킬 수 있습니다.

스팟 크기 및 초점 위치
작고 정확하게 초점 맞춘 스팟은 열을 집중시켜 선명한 마킹을 생성합니다. 큰 스팟이나 초점 불일치는 열을 분산시키고 HAZ를 확대합니다.

스캔 속도
느린 스캔 속도는 레이저가 동일한 영역에 더 오래 머무르게 하여 열 축적을 증가시킵니다. 빠른 스캔은 국부적인 온도 상승을 줄이고 HAZ를 축소합니다.

재료 특성
재료의 열전도율, 흡수율 및 융점은 열 확산에 직접적인 영향을 미칩니다. 예를 들어 알루미늄과 구리는 높은 열전도율로 인해 HAZ가 크며, 플라스틱과 세라믹은 HAZ가 작습니다.

3. 열영향부 영역(HAZ) 제어 방법

레이저 출력 및 펄스 파라미터 최적화
재료 특성에 따라 출력, 펄스 폭 및 반복률을 조정하여 초점에서 에너지를 집중시키고 과도한 확산을 방지하십시오. 짧은 펄스와 높은 피크 파워는 HAZ를 효과적으로 줄입니다.

초점 조절 시스템 조정
적절한 초점 거리의 렌즈를 선택하고 초점이 재료 표면에 정확히 맞도록 하여 열 분산을 방지하십시오. 작은 스팟 크기는 HAZ를 줄입니다.

스캐닝 속도 증가
갈바노 스캐너 또는 XY 스테이지의 속도를 증가시켜 레이저 체류 시간을 단축함으로써 국부적인 열 축적을 최소화하십시오.

단계별 또는 다중 패스 마킹
어둡거나 두꺼운 재료의 경우, 과도한 HAZ를 생성하지 않으면서 서서히 열을 축적하기 위해 여러 번의 저에너지 패스를 사용하십시오.

보조 냉각
마킹 중 에어블로잉 또는 수냉을 사용하여 표면의 열을 제거하고 열 확산을 제어하십시오.

적절한 레이저 파장 선택
재료는 서로 다른 파장을 다르게 흡수한다. 적절한 파장을 선택하면 마킹 효율을 높이고 열 확산을 줄일 수 있어 HAZ를 효과적으로 제어할 수 있다.

열영향부(HAZ)는 레이저 마킹에서 불가피한 현상이다. 그러나 레이저 출력, 펄스 파라미터, 초점 조절 시스템, 스캔 속도를 최적화하고 냉각 조치를 적용함으로써 HAZ의 크기를 효과적으로 제어하여 마킹 품질을 보장할 수 있다. HAZ를 제어하면 마킹 선명도와 정밀도를 향상시키고 재료의 변형 및 표면 손상을 줄일 수 있으므로 고정밀 레이저 마킹을 위한 핵심 기술이다.