제조업은 더 높은 정확성과 생산성을 요구합니다.수중 제트 가이드 레이저 (WJGL)기술은 엔지니어링 도입과 시장 잠재력 모두에서 추진력을 얻고 있습니다. 항공우주, 전자제품, 의료기기 및 자동차 제조와 같은 고급 부문에서크기의 정확성에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다., 가장자리 무결성, 열 영향을받는 구역 (HAZ) 제어 및 재료 특성의 보존그리고 표준 레이저 처리, 마이크로 크래킹, 고 반사성 또는 열에 민감한 재료와의 호환성이 제한되어 있습니다.
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이러한 제약을 해결하기 위해 연구자들은 레이저 프로세스에 초고속 마이크로 워터 제트를 도입하여 WJGL을 만들었습니다.선선선매체그리고효율적인 냉각액/폐기물 제거 매체, 절단 품질을 향상시키고 재료의 적용 가능성을 넓히고 있습니다. 개념적으로, WJGL는 고 에너지 밀도를 제공하는 전통적인 레이저 처리 및 물 제트 절단의 혁신적인 하이브리드입니다.높은 정밀도, 그리고 다양한 정밀 제조 시나리오를 지원하는 열 손상을 현저히 줄입니다.
그림 1에서 설명한 바와 같이, WJGL의 중심 개념은 연속적인 물 제트 (water jet) 를 통해 레이저 에너지를 전송하는 것입니다.빛은전체 내부 반사 (TIR)WJGL는 같은 메커니즘을물과 공기의 인터페이스: 물의 굴절률은 약1.33공기가 흐르는 동안1.00레이저가 적절한 조건 하에 제트로 결합되면, TIR는 물 기둥 안에 빔을 제한하여 안정적이고 낮은 분리가 가공 구역으로 퍼지는 것을 가능하게합니다.
노즐 설계 및 마이크로 제트 형성
레이저를 제트로 효율적으로 연결하려면 안정적이고 연속적이고 거의 실린더형의 마이크로 제트를 생성할 수 있는 노즐이 필요합니다.레이저가 적절한 각도로 들어가서 물과 공기의 경계에서 TIR를 유지하도록 허용합니다.제트 안정성이 빔 전송 안정성과 초점 일관성을 강하게 지배하기 때문에 WJGL 시스템은 일반적으로 정확한 유체 제어와 신중하게 설계된 노즐 기하학에 의존합니다.
그림 2는 다른 노즐 유형 (예를 들어, 모세혈관 및 다양한 피침 모양의 디자인) 에 의해 생성되는 대표적인 제트 상태를 보여줍니다. 노즐 기하학은 제트 수축, 안정적인 길이를 영향을 미칩니다.격동성 발달, 및 결합 효율성, 따라서 가공 품질 및 반복성에 영향을 미칩니다.
물은 또한 파장에 의존하는 흡수와 산란을 나타냅니다. 가시광선 및 근 적외선 범위에서는 흡수가 상대적으로 낮으며 효율적인 전송을 지원합니다.멀리 적외선 및 자외선 범위에서 흡수 증가, 그래서 대부분의 WJGL 구현은 가까운 적외선으로 보이는 대역에서 작동합니다.
그림 2 마이크로 제트 형성에 대한 노즐 구조: (a) 수축 스키마; (b) 모세혈관 노즐; (c) 피침 노즐; (d) 상부 피침 노즐; (e) 하부 피침 노즐
WJGL의 주요 장점
전통적인 가공 경로는 기계 절단, 열 절단 (예: 플라즈마/불꽃) 및 전통적인 레이저 절단 등이 있습니다. 기계 가공은 접촉 기반입니다.도구 마모와 절단 힘은 미세 손상 및 변형을 유발할 수 있습니다, 달성 가능한 정확성과 표면 무결성을 제한합니다. 열 절단 두꺼운 섹션에 효율적이지만 일반적으로 큰 HAZ, 잔류 스트레스가 발생합니다.그리고 기계적 성능을 감소시키는 미세 균열전통적인 레이저 처리, 다재다능하지만, 여전히 상대적으로 큰 HAZ와 매우 반사 또는 열에 민감한 재료에 불안정한 성능으로 고통받을 수 있습니다.
도 3에서 요약된 바와 같이, WJGL는 수를 전송 매체로 사용하고 동시에 냉각 액체를 사용하여 HAZ를 크게 줄이고 왜곡과 마이크로 크래킹을 억제합니다.따라서 정밀도와 가장자리/면적 품질을 향상시킵니다 (그림 참조)4) 그 장점은 다음과 같이 요약될 수 있습니다.
낮은 열 손상 및 향상된 품질: 높은 특수 열 용량과 지속적인 물 흐름으로 열을 빠르게 제거하여 열 축적을 제한하고 미시 구조와 특성을 보존하는 데 도움이됩니다.
강화 된 집중 안정성 및 에너지 사용: 제트 안에 갇혀있는 것은 자유 공간 전파에 비해 산란과 에너지 손실을 줄여 더 높은 에너지 밀도와 더 일관된 처리를 가능하게합니다.마이크로 뚫기, 그리고 복잡한 기하학.
보다 깨끗하고 안전한 운영: 물 매체 는 연기와 미세먼지 및 잔해 를 포착 하고 제거 하여 공기 중 오염 을 줄이고 작업 안전 을 향상 시킨다.
사양
| 시스템 | 항목 | 매개 변수 및 설명 |
|---|---|---|
| 광 경로 시스템 | 레이저 타입 | Nd:YAG, 펄스 |
| 광 경로 시스템 | 파장 (nm) | 532 |
| 광 경로 시스템 | 평균 전력 (W) | 60 / 100 |
| 광 경로 시스템 | 섬유 핵 지름 (μm) | Φ100 / Φ150 |
| 물 공급 시스템 | 수압 안정성 (바) | ±5 |
| 물 공급 시스템 | 물 압력 (바, 최대) | 500 |
| 물 공급 시스템 | 노즐 지름 (μm) | 40~100 |
| 모션 시스템 | 작업용 껍질 (장치 포함) (mm) | 400 × 320 × 100 |
| 모션 시스템 | 최대 속도 (mm/s) | 500 |
| 모션 시스템 | X/Y/Z 위치 정밀도 (μm) | ±3μm (JIS) / 5μm (ISO) |
| 모션 시스템 | X/Y/Z 반복성 (μm) | ±1.5μm (JIS) /3μm (ISO) |
| 모션 시스템 | 작업 테이블 크기 (mm) | 320 × 320 |
| 모션 시스템 | 작업 테이블 부하 용량 (kg) | 20 |
| 크기와 무게 | 기계 차원 (W × D × H) (mm) | 1200 × 1750 × 2100 |
| 크기와 무게 | 광학 및 물 통합 캐비닛 크기 (W × D × H) (mm) | 700 × 1500 × 1700 |
| 크기와 무게 | 기계 무게 (kg) | 1200 |
| 크기와 무게 | 광학 및 물 통합 캐비닛 무게 (kg) | 500~600 |
이 부문은 WJGL 응용의 가장 큰 비중을 차지합니다. 대표적인 재료는 탄소 섬유 강화 폴리머 (CFRP), 알루미늄 매트릭스 복합재 (Al MMC),그리고 세라믹 매트릭스 복합재 (CMC). WJGL is particularly suitable for these materials due to its ability to minimize thermal damage and preserve mechanical properties when cutting thermally sensitive and anisotropic composites used in high-performance aerospace and energy structures.
WJGL 사용의 상당 부분은 정밀 금속 가공에 전용됩니다. 대표적인 응용 분야는 Ni 기반의 초합금 (예를 들어, 인코넬 718, 헤인스 188),티타늄 합금 (Ti-6Al-4V)이 기술은 높은 차원 정확성, 좁은 크프 너비 및 우수한 표면 품질을 가능하게 한다.
반도체 및 마이크로 전자 부문에서, WJGL는 실리콘 웨이퍼, 다이아몬드,그리고 Si와 GaAs와 같은 태양광 물질미세 균열, 칩링 및 지하 손상을 억제 할 수있는 능력은 고 정밀 웨이퍼 컷 및 미세 규모 제조에 적합합니다.
전체 비중이 작지만 의료 응용 프로그램은 높은 기술 가치를 가지고 있습니다. WJGL은 주로 CoCr, NiTi,Cr-Pt이 과정은 의료기기 성능에 중요한 초미세 기능, 좁은 관용 및 최소한의 열 영향을 받는 구역에 대한 엄격한 요구 사항을 충족시킵니다.
전반적으로 부문 분포는 WJGL 절단이 높은 정밀도, 낮은 열 영향,그리고 훌륭한 재료 무결성이 필수적입니다..
WJGL는 레이저 빔을 마이크로 워터 제트로 결합하는 레이저 처리 방법이다. 워터 제트는 빔 안내 매체와 냉각/폐기 제거 매체로 동시에 작용한다.열손상을 줄이는 높은 정밀도를 가능하게 하는.
WJGL는 물과 공기가 서로 다른 굴절률을 가지고 있기 때문에레이저는 물 기둥 안에 갇히고 안내 될 수 있으며, 액체 광섬유와 비슷하며, 안정적으로 가공 구역으로 전달됩니다..
지속적으로 흐르는 물은 높은 열 용량으로 인해 열을 효율적으로 제거합니다. 이것은 열 축적을 억제하여 HAZ, 왜곡 및 마이크로 래킹을 줄입니다.