금속 레이저 커팅 시 피해야 할 3가지 실수

뒤틀림은 레이저 절단기를 사용하여 판금 부품을 제조할 때 엔지니어가 직면하는 또 다른 어려운 과제입니다. 레이저 빔이 절단을 위해 금속에 작용하면 금속은 레이저 에너지를 빠르게 흡수하여 열 에너지로 변환하고, 그 결과 금속이 가열됩니다. 온도가 상승하면 금속이 팽창합니다. 

하지만 문제는 금속의 팽창 과정이 균일하지 않다는 것입니다. 한편으로는 금속 재료마다 열팽창 계수가 다릅니다. 예를 들어 알루미늄 합금과 스테인리스 스틸은 동일한 온도 변화에서 완전히 다른 팽창 정도를 가지며, 반면에 압연 방향, 내부 조직 구조 및 기타 요인과 같은 재료의 제조 공정도 가열시 금속 팽창의 균일성에 영향을 미칩니다. 이러한 요인들의 결합된 효과로 인해 열팽창 과정에서 금속이 구부러지고 변형될 가능성이 매우 높으며, 이를 뒤틀림이라고 합니다.

이러한 뒤틀림 현상은 엔지니어에게 많은 실질적인 문제를 야기합니다. 원래 정확하게 조립되도록 설계된 부품의 경우 뒤틀림이 발생하면 부품의 모양과 크기가 설계 예상에서 벗어나 조립 중에 완벽하게 맞추기가 어려워집니다. 이로 인해 조립 시간이 길어지고 인건비가 증가할 뿐만 아니라 심한 경우 부품을 폐기해야 하는 상황까지 발생하여 자원 낭비와 생산 비용 증가로 이어집니다. 

구조 역학의 관점에서 보면 뒤틀림은 구조 구성 요소에 심각한 숨겨진 위험을 초래할 수도 있습니다. 구조 부품이 휘어지면 내부 응력 분포가 고르지 않게 되고 하중을 고르게 전달하는 본래의 기능이 파괴됩니다. 외부 하중을 받으면 뒤틀린 부분에 응력이 집중되어 구성 요소의 전체 강도와 하중 지지력이 감소할 가능성이 높아집니다. 항공우주, 자동차 제조 및 기타 분야와 같이 구조 강도에 대한 요구 사항이 매우 높은 일부 애플리케이션 시나리오에서는 부품의 뒤틀림 변형으로 인해 심각한 안전 사고가 발생할 수 있습니다.

따라서 엔지니어는 레이저 절단기를 사용하여 판금 부품을 제조할 때 매우 주의해야 합니다. 재료 선택 단계에서는 일부 특수 합금 재료와 같이 열팽창 계수가 작고 성능이 더 안정적인 금속 재료 사용을 고려할 수 있습니다. 설계 단계에서는 구조의 중복성을 적절히 높이고 부품의 모양과 레이아웃을 합리적으로 조정하여 열 변형으로 인한 뒤틀림 위험을 줄여야 합니다. 동시에 공정 매개 변수 설정 측면에서 레이저 출력, 절단 속도 및 냉각 방법과 같은 매개 변수를 최적화하여 절단 프로세스 중 금속의 고르지 않은 가열을 최대한 최소화 할 수 있습니다. 필요한 경우 두꺼운 금속판은 어느 정도 열 변형에 대한 저항성이 더 좋거나 설계의 복잡성을 줄일 수 있고 복잡한 모양과 얇은 벽 구조의 사용을 줄여 뒤틀림 가능성을 줄일 수 있기 때문에 더 두꺼운 금속판을 고려할 수 있습니다.