제조 프로그램에서 레이저 절단과 플라즈마 절단은 모두 열을 사용하여 금속을 절단하는 공정입니다. 따라서 어떤 방법을 선택할지는 작업 분석이 필요합니다. 이 두 가지 열 절단 방법은 각각 적합한 작업 유형이 있습니다. 어떤 방법이 가장 적합한지는 예산과 절단할 재료의 종류에 따라 달라집니다. 또한, 절단 정확도와 작업 완료 속도에 대한 요구 사항도 선택에 영향을 미칩니다.
이 글에서는 플라즈마 절단과 레이저 절단의 장단점을 살펴보겠습니다. 두 방법을 비교해 보시면 자신에게 맞는 방법을 선택하실 수 있을 것입니다.
목차
레이저 절단이란?
레이저 절단은 재료에 직접 접촉하지 않고 시트를 절단하는 방법입니다. 집중된 레이저 빔이 재료를 정밀하게 녹이고 기화시켜 복잡한 형상을 절단합니다. 1964년, 한 산업 회사가 최초로 레이저 커터를 사용하여 금형을 제작했습니다.
시간이 지남에 따라 레이저 절단 도구는 점점 더 좋아졌습니다. Yonglihao Machinery는 고객에게 고품질을 제공할 수 있습니다. 레이저 절단 서비스허용 오차가 ±0.003mm에 불과한 CNC 레이저 커터는 G 코드와 M 코드를 통해 레이저 헤드의 움직임을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
레이저 절단은 어떻게 작동하나요?
레이저 절단 공정은 여러 구성 요소로 이루어진 복잡한 레이저 시스템에 의해 수행됩니다. 이러한 구성 요소의 기능에는 레이저를 제작하고 설정된 절단 경로를 따라 빔을 유도하는 것이 포함됩니다.
이 과정의 첫 번째 단계는 레이저를 만드는 것입니다. 전기 광원(스파크)이 레이저 매질(예: 이산화탄소 또는 광섬유) 위의 원자를 가속합니다. 이 효과의 결과로 매우 집중된 광선이 생성되고, 이 광선은 거울에 의해 강화되어 절단 영역으로 전달됩니다. 그런 다음 초점 렌즈 세트가 빛을 밝은 점으로 수렴시킵니다. 노즐을 통과하면서 에너지 밀도가 증가합니다.
또한, 레이저 절단 토치 또는 포커싱 헤드는 노즐 헤드가 CNC 프로그램으로 제어되는 설정된 경로를 따라 움직일 수 있도록 합니다. 포커싱된 레이저가 작은 영역을 가열하면 재료가 녹습니다. 그리고 가스 흐름이 녹은 재료를 날려 버립니다.
레이저 절단기의 종류
생산에 사용되는 레이저 절단기는 크게 세 가지 유형으로 나뉩니다. 레이저 빔을 생성하는 데 사용되는 매질의 이름을 따서 CO₂, 광섬유, Nd:YAG 크리스털이라고 합니다. 이러한 레이저 매질은 각각 10.6µm, 1.06µm, 1.06µm의 서로 다른 파장을 갖습니다. 파장의 변화는 다양한 재료에 대한 레이저의 효과에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 어떤 재료는 특정 파장을 다른 재료보다 더 잘 흡수합니다.
- CO₂ 레이저 커터: 이산화탄소 가스 혼합물을 사용하여 집속된 레이저 빔을 생성합니다. 플라스틱이나 목재와 같은 비금속 시트를 절단하는 데 가장 적합합니다.
- 파이버 레이저 절단기: 광섬유를 통해 빛을 증폭시켜 레이저를 생성합니다. 금속판 절단에 가장 적합합니다.
- Nd: YAG: 이 유형의 레이저의 레이저 매질은 네오디뮴이 첨가된 YAG 결정으로 만들어졌습니다.
플라스마 절단이란?
고온 이온화 가스 흐름 속에서 금속판을 절단하는 공정을 플라스마 절단이라고 합니다. 전기 스파크는 압축 가스(공기, 수소, 아르곤 등)에 많은 열을 발생시켜 원자들을 움직이게 합니다. 그러면 분자들은 서로 충돌하여 가스로부터 분리됩니다. 이를 플라스마라고 하며, 이 공정은 20,000°C 이상의 온도에 도달할 수 있습니다.
산업 장비에서 CNC 플라즈마 절단기는 플라즈마 흐름을 제어하여 재료를 정밀하게 절단합니다. 플라즈마 절단기는 레이저 절단기보다 훨씬 두꺼운 금속을 절단할 수 있으며, 최대 1.5인치(약 3.8cm) 두께의 금속도 절단할 수 있습니다.
플라스마 절단은 어떻게 작동하나요?
플라즈마 토치는 이 공정에서 가장 중요한 장비입니다. 전극, 가스 공급원, 노즐, 그리고 보호 가스를 포함한 여러 부분으로 구성됩니다. 전극은 공기나 불활성 가스와 같은 압축 가스에서 전기 아크를 생성합니다. 그런 다음 노즐은 플라즈마 제트를 목표물에 분사합니다.
플라즈마 제트가 작업 표면에 닿으면 해당 부위를 가열하여 재료를 녹입니다. 동시에 고속 제트는 절단면에서 액체 재료를 제거합니다.
플라즈마 절단기의 종류
플라즈마 절단기에는 테이블 위의 소재를 절단하기 위한 다양한 유형의 절단 헤드가 장착될 수 있습니다. 일반적인 유형으로는 공기, 산소, HD, CNC 플라즈마 절단기가 있습니다.
- 에어 플라즈마 커터: 이 유형의 커터는 공기를 레이저 매체로 사용합니다. 소형 부품이나 소량의 부품을 절단하는 데 가장 적합합니다.
- 산소 플라즈마 커터: 산소 분자가 이온화되어 형성되는 플라즈마는 공기 절단보다 정밀하고 복잡합니다.
- CNC 플라즈마 절단기: 절단 경로는 컴퓨터로 제어되어 정확하고 일관된 절단을 보장합니다. 대부분의 사업장에서 이 자동 플라즈마 절단기를 사용합니다. 탁월한 작업 성능을 제공하기 때문입니다.
레이저 절단과 플라즈마 절단의 차이점
레이저 절단과 플라즈마 절단을 비교할 때, 주요 고려 사항은 전원, 절단 가능 소재, 속도, 두께, 그리고 비용입니다.
절단의 정확도 및 정밀도
레이저 절단과 플라즈마 절단의 주요 차이점 중 하나는 절단 정확도입니다. 레이저 빔은 플라즈마 빔보다 더 집중되어 좁은 공간에서도 물체의 위치를 정확하게 파악할 수 있습니다. 매끄럽고 균일한 곡선을 작은 공차와 버(burr) 없는 절단면으로 절단할 수 있습니다. 반면 플라즈마 절단은 정확도가 떨어지고 커프(kerf)가 더 큽니다. 레이저 절단의 경우 공차는 ±0.030mm까지 낮아질 수 있습니다. 플라즈마 절단의 경우 공차는 ±0.1mm까지 낮아질 수 있습니다.
속도와 효율성
플라즈마 또는 레이저 커터의 절단 속도는 재료의 두께에 따라 달라집니다. 두께가 1.25mm 미만인 판을 절단할 때는 레이저 커터가 플라즈마 커터보다 거의 두 배 빠릅니다. 하지만 더 두꺼운 판을 절단할 때는 플라즈마 커터가 더 뛰어납니다.
또한, 절단 속도는 전원과 절단 대상 재료에 따라 달라집니다. 예를 들어, 200와트 레이저는 두께 3mm의 연강을 분당 최대 10미터의 속도로 절단할 수 있습니다. 반면, 레이저 커터는 플라즈마 커터보다 에너지 소비량이 적습니다. 이는 레이저 커터의 또 다른 장점입니다.
절단 가능한 재료
레이저 시스템은 강철, 알루미늄, 구리, 아크릴, 열경화성 플라스틱, 고무, 목재 등 다양한 재료를 절단할 수 있습니다. 반면, 플라즈마 절단은 전도성 금속에만 사용할 수 있습니다. 플라즈마 아크가 움직이려면 회로가 필요하기 때문입니다. 전도성 재료가 "접지" 역할을 할 때 회로가 완성됩니다.
레이저는 다양한 소재에 사용할 수 있습니다. 하지만 이러한 소재 중 일부는 운영 및 환경적 위험을 초래합니다. 예를 들어 PVC는 위험한 연기를 방출할 수 있습니다. 또한, 사용하는 레이저의 종류에 따라 소재의 호환성이 달라질 수 있습니다.
표면 마감
레이저로 절단된 금속 표면은 매끄럽고 버(burr)가 없으며, 날카롭고 깔끔한 모서리를 가지고 있습니다. 좁은 절단면이나 복잡한 디자인에서도 마찬가지입니다. 따라서 절단 후 후처리가 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않습니다. 반면, 플라즈마 절단은 슬래그(slag)와 거친 모서리를 생성합니다. 따라서 연삭, 샌드블라스팅 및 기타 후속 처리가 필요합니다.
또한, 재료 종류, 두께, 레이저 종류는 거칠기(Ra) 값에 영향을 미치며, 일반적으로 0.8~6마이크론입니다. 경우에 따라 플라즈마 절단이 파이버 레이저 절단보다 더 나은 표면 조도를 제공할 수 있습니다.
비용 및 운영 비용
CNC 플라즈마 절단기는 설치 비용이 저렴하여 $10,000에서 $100,000 사이입니다. 반면, 레이저 절단기는 설치가 복잡하고 고급 장비를 갖추고 있으며 가격이 비쌉니다. 일반적으로 $50,000에서 $500,000 사이입니다. 따라서 레이저 절단기는 플라즈마 절단기보다 운영 비용이 약간 더 높습니다.
레이저 또는 플라즈마 절단 비용은 설계의 복잡성, 요구되는 정확도, 그리고 시장 경쟁 정도에 따라 달라진다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 중국에서는 레이저 커팅 비용 시간당 15~20달러로 미국이나 유럽보다 상당히 저렴합니다. Yonglihao Machinery에서는 저렴한 비용으로 고품질 레이저 절단 서비스를 제공해 드립니다.
절단 두께
레이저 절단과 플라즈마 절단의 두께 가공 능력을 비교해 보면, 플라즈마 절단은 두꺼운 소재에 매우 효과적입니다. 반면 레이저 절단은 최대 25mm까지만 가공할 수 있습니다. 게다가 두께는 절단할 소재에 따라 달라집니다.
응용 프로그램
플라즈마 절단은 조선 및 건설과 같은 중공업에서 빠른 속도와 두께로 잘 알려져 있습니다. 구조용 보, 선박 부품, 농업 기계, 석유 및 가스 부품 등이 그 예입니다. 레이저 절단은 정밀성이 요구되는 다양한 분야에 사용됩니다. 보석, 전자, 항공우주, 자동차 등이 그 예입니다.
레이저 절단의 장단점
가장 중요한 것은 다음과 같습니다. 레이저 절단의 장단점.
레이저 절단의 장점
- 자동화 및 정밀: CNC 레이저는 매우 정밀한 공차를 유지하면서 복잡한 디자인의 미세 패턴을 가공할 수 있습니다. 이는 G 및 M 코드를 통한 정확한 방향의 디지털 제어 덕분에 가능합니다.
- 깨끗하고 버 없는 절단: 레이저로 측면과 모서리를 깨끗하고 날카롭게 절단합니다.
- 재료의 다양성: 금속, 플라스틱, 직물, 복합재료 및 기타 여러 재료를 절단합니다.
- 속도와 효율성: 설계 변경으로 인해 공구를 재조정하거나 조정할 필요가 없습니다. 또한, 레이저 절단은 재료 낭비를 줄이고, 전력 소모를 줄이며, 작업 속도도 빠릅니다.
- 공작물의 경화 없음: 비전단 절단은 절단 영역 근처의 작업물이 굳어지는 위험을 제거합니다.
레이저 절단의 단점
- 두께 제한: 레이저 커터의 출력이 아무리 높아도 25mm 또는 30mm보다 두꺼운 판을 절단할 수 없습니다.
- 반사성 금속에 대한 도전: 구리, 황동, 은처럼 빛을 반사하는 재료는 절단하기 어렵습니다. 광선이 표면의 일부에만 도달하기 때문입니다.
- 높은 비용: 이 기계의 설치 및 운영 비용이 다른 절단 방법보다 높습니다. 따라서 매우 매끄러운 표면이나 높은 정밀도가 필요하지 않은 제품에는 이 방법이 적합하지 않을 수 있습니다.
플라즈마 절단의 장단점
플라즈마 절단의 주요 장점과 단점은 다음과 같습니다.
플라즈마 절단의 장점
- 더 두꺼운 재료 절단: CNC 유도 플라즈마 토치는 더 두꺼운 재료를 더 빠르고 효율적으로 절단할 수 있으며, 일부 재료의 경우 최대 두께가 150mm에 이릅니다.
- 비용 이점: 플라즈마 절단은 가벼운 재료와 무거운 재료 모두에 저렴한 방법으로 사용할 수 있습니다.
- 운영 안전: 산소 기반 절단 메커니즘 대신, 불활성 가스를 사용하여 토치 내부에 플라즈마 제트를 형성합니다. 따라서 최고의 안전성을 제공합니다.
- 빛을 반사하는 금속 절단: 레이저와 달리 플라즈마 절단은 은과 같이 빛을 반사하는 금속을 절단하는 데 매우 적합합니다.
플라즈마 절단의 단점
- 전도성 금속만: 플라즈마 절단은 전도성 금속과 합금에만 적합합니다.
- 열 손상 위험: 플라즈마 절단은 넓은 열영향부를 생성합니다. 이로 인해 가공물 소재의 원래 열적 특성이 손상될 수 있습니다.
- 표면 품질이 좋지 않음: 플라즈마 흐름은 거친 부분과 흠집을 만들어 금속을 거칠게 절단합니다.
프로젝트에 맞는 올바른 절단 방법을 선택하는 방법
프로젝트에 적합한 플라즈마 또는 레이저 커터를 선택하는 것은 여러 요인에 따라 달라집니다. 예를 들어, 디자인의 난이도와 예산이 고려됩니다. 또한, 작업할 재료와 최종 요구 사항도 선택에 영향을 미칩니다.
올바른 방법을 선택할 때 고려해야 할 중요한 사항은 다음과 같습니다.
재료 유형
어떤 모양의 공작물이나 판을 절단하시겠습니까? 전기 전도성이 있습니까? 비전도성 소재라면 레이저 커터만 선택해야 합니다. 또한 레이저 커터를 사용하더라도 사용 가능한 레이저 종류(CO2, 파이버, 크리스털)와 소재의 호환성을 확인하세요.
두께 및 치수
설계에 두께가 30mm를 초과하는 두꺼운 부품이 있는 경우 플라즈마 절단을 선택하십시오. 그렇지 않은 경우, 지정된 두께에 대한 두 기술의 절단 속도를 확인하십시오. 반면, 작은 부품은 레이저 절단에 적합합니다. 레이저 절단은 열 영향을 받는 면적이 더 작기 때문입니다.
정확도 및 비용 목표
허용 오차가 작을수록 비용이 높아지는 경향이 있습니다. 따라서 가능한 한 가장 낮은 비용으로 최고의 정확도를 확보하도록 노력하십시오. 그런 다음 필요한 정밀도와 정확도를 잃지 않으면서 예산에 더 잘 맞는 방법을 선택하십시오.
디자인의 복잡성
복잡하고 정밀한 절단은 CNC 레이저 절단기로만 가능합니다. 미세 윤곽, 날카로운 모서리, 작은 반경(<1mm), 조각 등이 포함된 디자인에는 CNC 레이저 절단기가 적합합니다.
요약
레이저 절단과 플라즈마 절단은 여러 가지 면에서 차이가 있지만, 두 가지 절단 방식 모두 금속 가공 프로젝트에서 매우 중요합니다. 또한, 절단 유형 선택은 프로젝트의 구체적인 요구 사항에 따라 달라집니다. 여기에는 재료 종류, 요구되는 정확도, 그리고 예산이 포함됩니다. 각 방법의 비용과 예상 결과를 확인하실 수 있습니다.
어떤 것을 선택해야 할지 아직 확신이 서지 않으시면 해당 분야 전문가와 상담하세요. Yonglihao Machinery에서는 전문적인 서비스를 제공해 드립니다. CNC 레이저 절단 서비스또한, 당사 엔지니어는 생산 단계에 들어가기 전에 설계 최적화, 비용 분석, 각 방법의 비교 우위 등에 대한 컨설팅을 제공합니다.
자주 묻는 질문
어떤 절단 방법이 비용이 덜 들까요?
플라즈마 절단은 레이저 절단보다 비용이 저렴합니다. 플라즈마 제작 및 절단에 필요한 장비가 더 간단하기 때문입니다. 하지만 기능이나 성능이 중요하다면 레이저 절단은 충분히 정확하기 때문에 가격을 정당화할 수 있습니다.
이 두 가지 방법으로 같은 것을 절단할 수 있을까?
둘 다 전도성 금속을 절단할 수 있지만, 절단 범위와 품질이 다릅니다. 레이저 커터는 연강, 스테인리스강, 알루미늄 및 일부 비금속 재료를 절단할 수 있습니다. 반면 플라즈마는 강철, 스테인리스강 및 기타 금속 재료를 절단할 수 있습니다.
레이저 절단과 플라즈마 절단의 최대 절단 두께는 얼마입니까?
레이저 커터의 최대 절단 두께는 30mm(약 1인치)입니다. 플라즈마 커터의 최대 절단 두께는 50mm(약 2인치)입니다. 또한, 일부 고출력 플라즈마 공구는 최대 100mm 이상까지 절단할 수 있습니다.