CO2 레이저 종류 - CO2 leijeo jonglyu

안녕하세요.. 레이저생활 입니다..

산업용 레이저 장비 영업을 한지 벌써 17년이 넘었습니다..

고객과 상담을 하다보면 레이저의 기초에 대해서도 가끔 설명을 드리는데 책과 인터넷에 나와 있는 방식으로 설명으로 드리면 처음 접하시는 분들은 이해하기도 어렵고 이해도 안됩니다.

그래서 산업용 레이저 부분에 대해 알고 있으면 좋을만한 내용에 대해 쉽게 비전문가 입장에서 설명 드리고자 합니다.

우선, 산업용 레이저의 종류에 대해 알아 보겠습니다.

산업용 레이저는 크게 적외선(Infra red - 안보임), 가시광선(무지개 - 빨주노초파남보 - 눈에 보임), 자외선(Ultra violet -안보임) 이렇게 3종류로 나눌 수 있습니다.

- 적외선 레이저 = 거의 Fiber 레이저로 불립니다.

- 가시광선 레이저 = 그린 레이저로 불립니다.

- 자외선 레이저 = UV 레이저로 불립니다.

아래 그림은 파장에 의한 분류 방식이고 단위는 nm를 사용합니다.)

- 좌측이 UV 레이저 (파장 : 355nm)

- 중간 무지개 색깔이 그린레이저 (파장 : 532nm)

- 우측이 적외선 레이저 (파장 : 1064nm)

(맨 우측 끝에 보면 CO2라고 표기 되어 있는데 이것도 자외선 입니다. 파장 10600nm)

레이저 파장별 분류

물론, 더 자세히 파장별 분류 할수 있지만 대부분 위 파장대에 속합니다.

이 파장의 길이의 기본은 1064nm이고 적외선 영역입니다.

가스레이저 (CO2)를 제외한 모든 레이저는 여기서 출발을 합니다.

일반적으로 적외선 (1064nm) 영역대의 레이저는 크게 3종류의 매질을 통해 레이저 입자가 발생 됩니다.

- 1세대 : YAG (고체 : 이트륨, 알루미늄, 가넷)

- 2세대 : YVO4 (고체 : 이트륨, 반나디윰, 테트라옥사이드)

- 3세대 : Fbier (유리섬유)

YAG, YVO4, Fiber 라는 매질에 Diode로 충격을 가해 레이저 입자를 발생 시킵니다.

위에 보시면 1세대, 2세대, 3세대라고 구분을 해 놓은 것은 YAG라는 매질을 통해 레이저를 발생시키는 방식 보다 YVO4 매질을 통해 레이저를 발생시키는 것이 효율이 좋고 Compact 해 졌으며, 요새는 Fiber 매질을 통해 레이저 입자를 만드는 방식이 간단하고 수명도 길고 더 Compact하여 Fiber 레이저가 요근래 주로 사용이 되고 있습니다.

그래서 1세대 -> 2세대 -> 3세대로 표기 하였습니다.

레이저 매질 종류

기본적인 파장인 1064nm에서 광학계(SHG, THG)를 추가하여 Green 레이저, UV 레이저를 만듭니다.

- 1064nm 레이저 모듈 + SHG (second harmonic generation) 크리스탈 광학계 -> 532nm

- 1064nm 레이저 모듈 + SHG + THG (third harmonic generation) ->355nm

532nm는 가시광선 영역 중 녹색 영역이고 눈에 보입니다. 그래서 일반적으로 그린레이저 라고 불립니다.

355nm는 자외선 영역으로 일반적으로 UV 레이저 라고 불립니다.

즉, 그린레이저, UV 레이저는 별도의 다른 매질에서 레이저를 발생 시키는 것이 아니라 기본 파장대인 1064nm 적외선에서 광학계를 추가하여 파장을 변형시켜 만드는 것입니다.

UV레이저 모듈을 분해하면 안에 적외선 모듈이 있고 광학계 SHG, THG가 추가되어 있는 방식입니다.

이런 고체 레이저 외에 고적외선 영역에 CO2 Gas 레이저가 있습니다.

파장별로 정리를 해보면

- 적외선 : 1064nm (YAG, YVO4, Fiber) / 10600nm & 9400~9800nm (CO2 가스)

- 가시광선 : 532nm (YAG, YVO4, Fiber + SHG)

- 자외선 : 355nm ((YAG, YVO4, Fiber + SHG + THG)

레이저를 응용하여 마킹기(각인기), 용접기, 컷팅기 등의 응용 장비를 만들 수 있습니다.

아래 사진은 그냥 마킹기 사진이니 참고용으로 이렇게 생겼구나 아시면 됩니다..

(*원칙상 산업용 레이저는 안전등급 Class4로 직접 노출되는 레이저를 보면 안됩니다. 그러나 일반적으로 적외선은 큰 영향이 없어 산업에서는 거의 개방형으로 많이 사용을 하며, 그린 & 자외선 레이저는 반드시 밀폐형으로 사용하여야 인체에 영향이 없습니다.)

[CO2 마킹기]

CO2 마킹기

[Fiber 마킹기]

파이버 마킹기

[그린레이저 & UV(자외선) 레이저 마킹기]

그린/ UV 마킹기

다음번에는 레이저의 특성에 대해서 정리해 보겠습니다...

오늘도 좋은 하루 되세요~~~

레이저의 분류

TherMark 레이저 마킹용 원료는 대부분의 레이저에 사용가능하기 때문에 적용범위가 넓고 활용가치를 높여줍니다. 현재 레이저를 보유하고 있거나 구매예정에 있던 상관없이, TherMark제품이 귀사의 레이저 활용에 어떠한 도움이 되느냐 하는 것 입니다. 이 부분에 있어서 크게 두 종류의 레이저타입으로 분류하겠습니다.

CO2레이저
고체레이저(Solid State Laser) : Fiber, Nd:YAG, Vanadate등

CO2레이저 자체만 활용

CO2는 레이저 마킹산업에 진입할 수 있는 가장 저렴한 장비입니다.
CO2는 대부분 나무, 플라스틱이나 유리와 같은 유기물들의 조각이나 절단에만 사용됩니다.
CO2의 가격대는 대부분 미화 $5,000 ~ $40,000 사이 입니다.
CO2의 두 가지 중요한 단점은 금속에 거의 반응을 하지 않는다는 점과 유리가공 시 미세한 균열 또는 깨짐(micro-fractures)이 발생한다는 것 입니다.
CO2는 보통 일반적인 잉크프린터와 마찬가지로 X-Y축을 가진 테이블형태의 제품들이 대부분입니다.
이러한 방식은 소규모 주문생산 작업과 중규모의 작업수량에 적합합니다.
최근에는 레이저장비 제조업체들이 CO2레이저도 대량생산에 적합하도록 제작하고 있습니다.
따라서 앞으로는 CO2도 대량생산라인에 투입될 수 있습니다.

CO2레이저를TherMark와 함께 활용

CO2레이저 장비에 TherMark재료를 사용하는 데서 오는 가장 큰 장점은 금속에 마킹을 할 수 있다는 것 입니다. TherMark는 CO2레이저를 사용하여 아노다이징 알루미늄, 크롬도금, 니켈도금된 금속을 포함한 대부분의 금속에 영구적이고 또렷한 고해상도의 검정색 마킹을 할 수 있습니다.
이 같은 CO2레이저와 TherMark의 조합은 다음 두 가지를 가능케 합니다.
상대적으로 저렴한 CO2레이저로 금속마킹이 가능하다는 점과 고가의 장비인 고체레이저(solid state laser)로 아노다이징알루니늄, 크롬, 니켈도금된 금속에 검정마킹이 가능하다는 점 입니다.
이것은 TherMark제품만이 가능합니다.
TherMark 재료는 유리와 쎄라믹에 CO2레이저를 사용하여 검정마킹과 단색컬러마킹이 가능하도록 해줍니다. TherMark재료를 사용하더라도 미세한 균열 또는 깨짐(micro-fractures)이 발생하지만 직접마킹에 비해 균열.깨짐을 최소화 해주면서 마킹이 이루어 집니다.
이유는 TherMark재료가 대부분의 레이저에너지를 흡수해서 유리나 쎄라믹을 보호해 주기 때문입니다.

고체레이저 자체만 활용

최근 고체레이저의 가격이 떨어지고 있는 상황이지만 여전히 CO2레이저에 비해 비싸며 미화 $20,000 ~ $80,000정도의 가격대를 유지하고 있습니다.
고체레이저(solid state laser)의 두가지 장점은 금속에 마킹작업이 가능하다는 것과 CO2레이저에 비해 마킹스팟이 작아 보다 정밀한 가공이 가능하다는 것 입니다.
고체레이저(solid state laser)는 대부분 금속과 플라스틱마킹에 사용됩니다.
고체레이저(solid state laser)는 빔의 파장이 유리를 관통해서 지나기 때문에 유리에 직접마킹은 실용적이지 못합니다.
고체레이저(solid state laser)로 금속에 직접마킹시 레이저의 열로 인하여 금속의 성질자체에 변화가 생기기 때문에 금속의 성질자체가 그대로 유지되어야 하는 제품에는 적합하지 않습니다.
이러한 고체레이저(solid state laser)마킹은 거친환경(염분, 화학약품등)에 영향을 받기 쉬우며 오랜시간 자외선에 노출될 경우 희미해 집니다.
또렷함과 가시성이 보는 각도에 따라 달라질 수 있습니다.
고체레이저(solid state laser)는 beam steered systems 방식이기 때문에 작업면적이 적고 대량의 일괄생산에 적합합니다.

고체레이저를TherMark와 함께 활용

고체레이저에 TherMark재료를 사용함으로써 얻어지는 최고의 장점은 유리와 쎄라믹의 표면에 열로 인한 손상을 최소화 하면서 검정 또는 단색 컬러마킹을 할 수 있다는 점 입니다.
TherMark재료를 사용할 때만이 유리와 쎄라믹에 마킹이 가능합니다.
따라서 TherMark재료는 많은 잠재적 이용분야를 가지고 있습니다.
차량용 유리, 산업용 유리, 위생용 자기(磁器)제품, 제약분야와 과학분야에 사용되는 유리제품, 장식용 유리와 타일, 식기류 또는 조리기구등 고체레이저(solid state laser)가 대부분의 다양한 금속에 직접마킹이 가능하지만 콘드라스트(마킹부위와 주변부의 색상대비)가 낮아 보는 각도에 따라 가시성이 떨어지고 장시간 자외선 노출에 희미해 지며 부식이 진행됩니다.
이러한 단점을 극복하기 위해 TherMark재료를 사용함으로써 직접마킹보다 TherMark재료의 증착(Bonding)이 보다 더 내구성이 강하고 가시성이 우수한 높은 콘트라스트와 해상도를 가진 마킹을 할 수 있습니다.
이러한 TherMark레이저 마킹은 특히 기계판독능력이 문제가 될 때 유리합니다.
왜냐하면 TherMark레이저 증착(bonding)기술은 데이터 메트릭스(암호화된 제품정보), 바코드등의 기계판독력을 높여주기 때문입니다.