최근 몇 년 동안 우리나라 판금 장비 시장에서 판매 된 레이저 기계의 수를 보면 CO2 레이저 기계가 40%를 차지하고 파이버 레이저 기계가 60%를 차지합니다. 2007년에 시장에서 판매된 레이저 기계 중 100%가 CO2 레이저 기계였지만, 최근 몇 년 동안 파이버 레이저 기계가 탄력을 받고 시장에서 인정받고 있으며 판매 대수가 점차 확대되고 있는 것으로 알고 있습니다.
레이저 장비는 뛰어난 성능으로 인해 다양한 산업 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 레이저 장비는 크게 레이저 절단기, 레이저 조각기, 레이저 마킹기, 레이저 슬라이싱기, 레이저 의료 장비 및 기타 레이저 장비로 나눌 수 있습니다. 현재 시중에 나와 있는 재료 절단용 레이저 절단기는 크게 파이버 레이저 절단기와 CO2 레이저 절단기의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
레이저 절단기를 선택하는 방법을 알고 싶다면 먼저 파이버 레이저와 CO2 레이저의 기본적인 차이점을 알아야 합니다.
1. 다양한 발광 매체
파이버 레이저는 다이오드 펌핑을 통해 레이저 광을 생성하고 유연한 광섬유 케이블을 사용하여 레이저 빔을 전송하며, CO2 레이저는 캐비티에서 질소 및 이산화탄소 가스를 여기시켜 레이저 광을 생성한 다음 반사기를 통해 빔을 전송합니다.
2. 다른 구조
동일한 출력에서 파이버 레이저는 CO2 레이저보다 더 콤팩트합니다.
3. 다양한 전기-광학 변환 효율
일반적으로 CO2 레이저의 변환 효율은 약 10%이고 파이버 레이저의 변환 효율은 약 30%입니다.
4. 레이저 파장이 다릅니다.
파이버 레이저의 파장은 1.06μm이고 CO2 레이저의 파장은 9.3μm ~ 10.6μm입니다. 따라서 파이버 레이저의 초점 스팟은 CO2 레이저보다 작고 절단 속도가 빠르며 처리 효율이 높습니다.
그렇다면 파이버 레이저는 많은 장점을 가지고 있기 때문에 어떤 것을 선택해야 할지 분명하지 않나요? 그 존재는 합리적이며 CO2 레이저에도 장점이 있습니다.
절단 재료에 따라 파장에 따라 빛 흡수율이 다릅니다. 목재 보드, 천, 플라스틱, 아크릴 등과 같은 비금속 재료는 파이버 레이저의 흡수율이 매우 낮은 반면 CO2 레이저는 금속 및 비금속 재료 모두에 대해 높은 흡수율을 가지고 있습니다. 따라서 파이버 레이저는 금속 재료 절단에만 적합하지만 CO2 레이저는 금속 및 비금속 재료 절단에 모두 사용할 수 있습니다. 또한 CO2 레이저의 절단 표면은 부드러움이 좋고 수직도가 높기 때문에 정밀도가 높은 재료를 절단하는 데 더 적합합니다.
따라서 금속판 산업에서는 일반적으로 모두가 파이버 레이저 절단기를 선택하는 반면 비금속 재료 산업, 특히 정밀 가공 및 고급 수공예 가공에서는 모두가 여전히 CO2 레이저 절단기를 선택합니다.
현재 시장 트렌드가 파이버 레이저 절단기를 선호하고 있지만, 파이버 레이저 절단기가 최선의 선택일까요? CO2 레이저와 파이버 레이저는 서로 다른 물리적 특성으로 인해 서로 다른 레이저 기술을 가지고 있습니다. 물론 둘 다 장단점이 있습니다. 처리 대상에 따라 각각 장단점이 있습니다.
CO2 레이저는 이산화탄소 분자를 여기시켜 얻은 기체 빔으로 파장은 10.6μm이고, 파이버 레이저는 광섬유에 Yb(이테르븀) 화합물의 결정을 매질로 넣고 그 결정에 빔을 조사하여 고체 레이저를 얻는 것으로 파장은 1.08μm입니다. 서로 다른 파장의 물리적 특성은 두 가지의 처리 특성에 큰 영향을 미칩니다.
파이버 레이저의 개념은 원래 광섬유를 통해 전파할 수 있는 레이저이기 때문에 인식되었습니다. 광섬유를 통해 전파될 수 있는 이유는 파장 때문입니다. 1.08μm의 파장 때문에 광섬유를 통해 전파될 수 있는 것입니다. 광섬유를 전파에 사용하는 장점은 광학 부품의 수명이 길고 유지보수 성능이 높다는 것입니다.
CO2 레이저 가공기는 반사판을 사용하여 발진기에서 가공 지점까지 레이저 광을 전파하며, 일반적으로 외부 공기로부터 격리된 광 경로를 사용합니다. 광경로는 일반 먼지나 이물질이 없는 공기로 채워져 있지만, 장기간 사용하면 반사판 표면에 먼지가 달라붙어 청소가 필요합니다. 또한 미량의 레이저 에너지를 흡수하기 때문에 리플렉터 자체도 마모되어 교체해야 합니다. 또한 발진기에서 가공 지점까지 레이저 광을 전파하기 위해서는 전파를 위한 레이저 광의 반사 각도를 조정하기 위해 여러 개의 리플렉터가 필요하므로 정상적인 작동을 유지하려면 특정 기술 역량과 관리가 필요합니다.
그러나 파이버 레이저 기계에서는 레이저 광이 광섬유를 통해 발진기에서 처리 지점까지 전파됩니다. 이 광섬유를 일반적으로 광 유도 광섬유라고 합니다. 반사경과 같은 광학 부품이 필요 없고 외부 공기와 차단된 광섬유 내에서 레이저가 전파되기 때문에 레이저가 거의 손실되지 않습니다. 그러나 엄밀히 말하면 레이저는 광섬유 주변에서 반복적으로 전파됩니다. 따라서 광섬유 자체는 약간의 손실이 발생하지만 CO2 레이저 기계의 반사판에 비해 수명이 몇 배 더 깁니다. 또한 전파 경로가 광섬유 최소 곡률 이상이면 경로를 자유롭게 결정할 수 있으므로 조정 및 유지 관리가 매우 편리합니다.
레이저 생성 과정(레이저 발진기 구성)에서도 두 가지의 차이점이 있습니다. CO2 레이저 발진기는 CO2와 혼합된 가스를 방전 공간에 배치하여 레이저 광을 발생시킵니다. 레이저 출력 전력에서 파생되는 공진 길이의 정상적인 작동을 보장하기 위해 발진기 내부에 광학 부품이 설치되며, 발진기 내부의 광학 부품은 정기적으로 청소 및 교체해야 합니다.
CO2 레이저 발진기의 청소 및 기타 유지 보수주기는 약 4,000 시간으로 설정되어 있고 파이버 레이저 발진기는 약 20,000 시간으로 설정되어 있습니다. 앞서 언급했듯이 파이버 레이저 가공기는 서비스 수명과 유지 보수 성능 측면에서 큰 장점이 있다고 할 수 있습니다.
또한 전력 소비와 같은 운영 비용의 관점에서도 비교해 볼 수 있습니다. CO2 레이저 발진기의 광전 변환율은 약 10 ~ 15%이고 파이버 레이저 발진기의 광전 변환율은 약 35 ~ 40%라고 합니다. 광전 변환율이 높기 때문에 더 적은 전기 에너지가 열 방출로 변환되고 파이버 레이저 가공기는 냉각기와 같은 냉각 장치의 전력 소비를 더 낮게 제어 할 수 있습니다. 일반적으로 파이버 레이저 기계의 발진기는 CO2 발진기보다 발진기의 냉각 온도 관리에 대한 정밀도 요구 사항이 더 높습니다. 그러나 동일한 레이저 출력 전력에서 파이버 레이저 기계의 발진 장치에 사용되는 CO2 레이저 발진기의 약 1/2 ~ 2/3의 냉각 용량으로 충분합니다. 따라서 레이저 기계의 모든 장치의 전력 소비를 고려할 때 파이버 레이저 기계는 CO2 레이저 기계의 전력 소비의 약 1/3로 작동 할 수 있습니다. 매우 에너지 절약형 레이저 기계라고 할 수 있습니다.
