아크릴 시트의 레이저 가공이란?

아크릴 시트를 절단할 때 CO2 레이저는 적절한 응용 분야에 사용된다면 일반적으로 강력하고 비용 효율적인 솔루션으로 간주됩니다.{1}} 깨끗하고 날카로운 내부 모서리가 필요한 작고 복잡한 부품과 관련된 작업 또는 피트당 0.005인치보다 엄격한 절단 허용 오차가 필요한 거의 모든 크기의 부품에 대한 작업의 경우 레이저가 작업에 가장 적합한 도구인 경우가 많습니다. 그 주된 이유 중 하나는 레이저 절단이 일반적으로 0.010~0.020인치 사이의 매우 좁은 절단을 생성하기 때문입니다. 또한 모양과 크기 측면에서 엄청난 유연성을 제공하며 아마도 가장 중요한 것은 광택이 나고 먼지가 없는- 가장자리를 제공한다는 것입니다. 이러한 요인으로 인해 많은 고품질 애플리케이션에 가장 적합한 선택입니다.

Equipment Overview

기본적으로 CO2 레이저는 평행광 빔을 방출하여 작동합니다. 이 빛은 10.6 마이크론의 특정 파장을 가지고 있습니다. 이 특정 파장은 비-금속 재료에 의해 매우 잘 흡수된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 이 광선, 즉 에너지가 렌즈를 통해 매우 작은 지점까지 집중되면 본질적으로 경로에 있는 물질이 기화됩니다.

기계 구성 측면에서 초점이 맞춰진 레이저 빔은 X-Y 위치 지정 테이블 위에서 고정된 상태로 유지될 수 있습니다. 또는 업계에서 "플라잉 헤드" 구성으로 알려진 것을 사용하여 고정 표면 위에 배치할 수 있습니다. 플라잉 헤드 설정을 간단히 설명하면 레이저 빔 자체가 거울 시스템과 기계식 포지셔닝 기어를 통해 하나 또는 두 개의 축을 따라 공작물 위로 이동합니다. 레이저와 작업의 위치 지정을 관리하는 데 사용되는 컨트롤러, PC 및 소프트웨어는 실제로 다른 CNC 가공 장비에 있는 하드웨어 및 소프트웨어와 매우 유사합니다. 결과적으로 레이저 절단기를 설계하고 작동하는 것은 다른 표준 CNC 기계를 사용하여 작업하는 것보다 실제로 어렵지 않습니다.

레이저로 아크릴을 절단하도록 설정할 때 고려해야 할 세 가지 주요 변수가 있습니다. 이들 각각은 절단 품질과 재료의 결과적인 응력 수준에 영향을 미칩니다. 이러한 변수는 다음과 같습니다.

레이저의 힘.
공급 속도.
맥박수.

이러한 모든 설정은 다양한 유형의 재료, 다양한 두께 및 원하는 모서리 마감을 수용하도록 조정할 수 있습니다. 아크릴 시트를 절단하려면 40와트 정도의 작은 레이저 장치를 사용하여 최대 약 ¼인치 두께까지 절단할 수 있습니다. 그러나 이와 같이 더 작은 레이저로 좋은 가장자리 품질을 얻으려면 기본적으로 이송 속도를 분당 약 20인치로 줄여야 합니다.

반면, 더 두꺼운 시트의 경우 또는 더 빠른 공급 속도가 필요한 경우에는 더 큰 레이저 시스템이 필요합니다. 예를 들어, 180와트 레이저는 일반적으로 약 75%의 전력으로 작동하면서 대부분의 두께의 아크릴 시트에 대해 빠르고 경제적인 절단을 제공합니다. 500~1000와트 범위의 훨씬 더 높은 와트를 갖춘 기계는 훨씬 더 높은 공급 속도를 허용하고 동시에 여러 절단 헤드를 사용할 수도 있습니다.

Procedures: Setting Up To Cut Acrylic Sheet

일반적으로 특정 공급 속도에서 레이저 출력을 높이면 마감이 더 광택이 나는 것으로 관찰됩니다. 그러나 단점은 시트 가장자리 내의 응력 수준도 증가한다는 것입니다. 반대로, 더 빠른 펄스 속도와 더 빠른 이송 속도를 함께 사용하면 표면의 광택이 덜해지더라도 일반적으로 응력이 낮은 가장자리가 생성됩니다.

펄스 속도(초당 펄스 또는 pps로 측정)와 관련하여 이는 단순히 레이저가 "발사"되는 속도입니다. 레이저 빔은 실제로 하나의 연속적인 흐름이 아니라 일련의 작은 버스트 또는 펄스라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 맥박수는 시간에 비례하거나 이동 거리에 비례하는 두 가지 주요 방법으로 제어할 수 있습니다.

맥박수를 시간에 비례하게 만드는 방법이 더 일반적이고 처음에 프로그래밍하기 쉽지만, 이 방법은 종종 모서리 내부에 화상을 입힐 수 있습니다. 그 이유는 X-Y 컨트롤러가 직선을 이동할 때보다 코너를 탐색할 때 자연스럽게 더 오랜 시간이 걸리기 때문입니다. 결과적으로 모서리-특히 내부 모서리-는 너무 많은 에너지를 흡수하여 녹아서 과도한 응력을 받는 경향이 있습니다.- 이는 아크릴 및 폴리카보네이트와 같이 노치에 민감한-재료를 절단할 때 고려해야 할 중요한 사항입니다. 내부 모서리는 일반적으로 높은 하중을 견디는 약한 영역입니다. 따라서 이러한 영역의 응력이나 노치를 최소화하기 위해 가능한 모든 조치를 취해야 합니다.

맥박수를 이동 거리에 비례하게 만들면 이 문제의 상당 부분이 제거됩니다. 컨트롤러가 모서리에서 이송 속도를 자동으로 낮추기 때문에 펄스 속도도 느려집니다. 이는 절단을 따라 특정 지점에서 방출되는 에너지의 양이 일정하게 유지되도록 보장합니다.

컨트롤러가 얼마나 정교한지, 피드 속도가 얼마나 빠른지는 중요하지 않습니다. 가장자리 응력은 특정 응용 분야에서 항상 고려해야 할 사항입니다. 아크릴이나 폴리카보네이트 시트가 가열될 때마다 열 스트레스가 발생할 가능성이 있습니다. 이 문제는 시트의 일부만 가열될 때 가장 심각하며, 이는 정확히 레이저 절단 중에 발생합니다.

가열되지 않은 시트 본체와 빠르게 가열되고 빠르게 냉각된 가장자리 사이의 경계면은 균열이 발생하기 매우 쉽습니다. 이러한 높은 응력을 받는 영역은 두께에 따라 시트 내부로 약 0.010~0.050인치까지 확장될 수 있습니다. 이러한 영역은 호환되지 않는 용제와 접촉하거나 굽힘과 같은 높은 기계적 응력을 받는 경우 균열이 발생하기 매우 쉽습니다.

이송 속도, 펄스 속도 및 전력을 조정하여 이러한 모서리 응력 문제를 최소화할 수 있습니다. 상대적으로 빠른 공급 속도와 함께 더 낮은 전력과 더 느린 펄스 속도를 사용하면 시트가 흡수하는 총 에너지 또는 열량이 감소합니다. 이는 결과적으로 응력의 크기와 응력이 시트로 전파되는 거리를 모두 감소시킵니다. 그러나 이러한 조건으로 인해 가장자리 마감의 광택이 덜해진다는 점을 인정해야 합니다. 어떤 특정한 경우에는 응력이 가해진 부분을 완전히 긁어내거나 기계로 제거하는 것이 실제로 실용적일 수 있습니다.

대부분의 고출력 레이저 시스템에는 진공 유지-테이블과 가스 보조 스트림이 장착되어 있습니다. 여기에는 사용된 가스 유형, 해당 가스의 유속, 증기 배출 시 진공 테이블의 효율성 등 여러 가지 요인이 절단의 최종 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. 효과적인 진공과 결합하여 절단 부위 전체에 가스 흐름이 양호하면 작업물을 손상시키거나, 작은 플레어-및 탄화를 일으키거나, 원치 않는 잔류물을 남길 수 있는 증기를 제거하는 데 도움이 됩니다.

Laser Cuttable Masking

특정 용도에 맞게 아크릴 시트를 선택할 때 마스킹 성능은 또 다른 주요 고려 사항입니다. 마스킹이 제대로 접착되지 않으면 제작 과정에서 부품이 손상되거나 긁힐 수 있으며, 공정 자체의 효율성에도 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 반대로, 마스킹을 제거하기가 너무 어려우면 추가 노동력과 비용이 높아집니다. 제조 공정에 적합한 마스킹을 선택하는 것이 이러한 문제를 최소화하는 데 중요합니다.

전통적으로 종이 마스킹은 레이저 절단의 표준 선택이었습니다. 여기서의 이점은 절단 가장자리의 아크릴과 융합되지 않는다는 것입니다. 강력하고 일관된 접착력은 취급 및 절단 중에 마스킹이 벗겨지는 것을 방지하여 레이저에서 생성되는 뜨거운 부식성 가스로부터 아크릴 표면을 보호합니다. 그러나 이제 레이저-절단 가능한 폴리에틸렌 마스킹을 아크릴 시트에도 사용할 수 있습니다.

최대 효율성과 출력이 필요한 시나리오의 경우 특별히 고안된 가벼운{0}}접착성 폴리에틸렌 마스킹을 활용할 수 있습니다. 이러한 유형의 마스킹은 완성된 부품에서 제거하기가 매우 쉬우면서도 일반적인 취급을 견딜 수 있을 만큼 충분한 접착력을 제공합니다. 큰 문제는 아니지만 이러한 유형의 마스킹은 더 가벼운 접착 방식으로 인해 레이저가 너무 오랫동안 유휴 상태인 영역에서 벗겨질 수 있습니다. 이는 일반적으로 절단 시작 시 또는 매우 좁은 반경 절단 중에 발생합니다. 절단 시작 시 "리드{5}}"를 사용하고 급격하게 굽은 길을 주행할 때 맥박수나 출력을 줄임으로써 이러한 들림 현상을 쉽게 방지할 수 있습니다.

깨끗하고 광택이 나는 가장자리가 필요한 경우 특별히 제조된 비접착성 폴리에틸렌 마스킹을 사용할 수 있습니다.- 모든 접착제- 기반 마스킹은 절단 가장자리에 약간의 잔여물을 남기므로 광택이 약간 떨어질 수 있습니다. 따라서 최고 품질의 외관을 요구하는 응용 분야의 경우{4}}비접착성 "레이저 절단 가능" 마스킹을 권장합니다. 이 마스킹은 접착제 종류보다 제거하기가 약간 더 어려울 수 있지만 가장자리 품질이 약간 더 높고 가장자리 들림에 대한 저항력이 더 높습니다. 리프팅이 발생하면 위에서 설명한 것과 유사한 조치를 취할 수 있습니다.

마스킹과 관련하여 고려해야 할 또 다른 사항은 주름입니다. 시트의 원래 광학 특성을 유지하려면-특히 상단 표면의 마스킹-에 주름이 없어야 합니다. 마스킹이 절단 지점에서 시트와 직접 접촉하지 않으면 뜨거운 가스가 마스킹과 시트 사이에 갇혀 표면이 에칭될 수 있습니다. 대부분의 X-Y 테이블은 진공 유지-시스템을 사용하여 뜨거운 가스가 손상되기 전에 효과적으로 제거하기 때문에 에칭은 일반적으로 시트 바닥에서 문제가 되지 않습니다.

정교한 기계와 마찬가지로 레이저 절단기도 최적의 성능을 보장하려면 정기적인 유지 관리가 필요합니다. 특정 두께의 재료를 특정 속도로 절단하는 데 필요한 전력 설정을 기록해 두는 것이 좋습니다. 시간이 지남에 따라 출력 설정을 높이거나 절단 속도를 줄여야 한다는 사실을 알게 될 것입니다. 이는 일반적으로 레이저 광학 장치가 더러워지거나 초점이 맞지 않기 때문에 발생합니다. 이렇게 되면 절단 품질이 저하됩니다. 절단 효율성과 품질을 유지하려면 자격을 갖춘 기술자가 수행하는 정기적인 유지 관리가 필수적입니다.

레이저는 의심할 여지 없이 고성능의 정교한 도구이지만, 올바르게 설치하고 작동한다면 다른 작업장 장비보다 반드시 더 위험한 것은 아닙니다. 일반적으로 눈을 보호하려면 표준 보안경이면 충분합니다. 그러나 모든 표준 보안경이 10.6미크론 광파장(10,600나노미터에서 5의 광학 밀도를 의미)에 대해 불투명한 것은 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이는 이러한 레이저에 일반적입니다.

ANSI 표준 Z136.1에 따라 보안경에는 파장과 광학 밀도 보호 계수가 모두 명확하게 표시되어 있어야 합니다.

또한 절단 중에 생성되는 잠재적으로 유해한 증기를 제거하려면 배기 시스템이 절대적으로 필요합니다. 처리되는 특정 재료에 따라 이러한 증기를 외부 환경으로 배출하기 전에 필터링해야 할 수도 있습니다. 모든 장비의 경우와 마찬가지로 레이저 절단 시스템을 사용하기 전에 작동 및 안전 절차에 대한 적절한 지식을 갖추는 것이 필수입니다.

Emissions

레이저 절단 아크릴로 인해 발생하는 방출의 정확한 양과 유형을 결정하기 위해 다양한 연구자들이 수행한 수많은 과학적 조사가 있었습니다. 이러한 모든 노력에도 불구하고 배출가스 내 정확한 부산물과 그 농도를 확실하게 예측하는 것은{1}}불가능합니다.

이러한 방출은 레이저 매개변수, 처리 매개변수, 사용된 커버 가스, 배기 방법 및 아크릴 폴리머의 정확한 화학적 구성을 포함한 다양한 요인에 따라 달라집니다. 또한 이러한 연구의 대부분은 보호 종이나 폴리에틸렌 마스킹의 효과를 설명하지 않으며 코팅의 가능한 영향도 고려하지 않습니다.

아크릴을 레이저로 절단하면 분해된 물질의 대부분이 구성 단량체로 다시 변환됩니다. 대부분의 아크릴 시트에서 이러한 단량체는 90% 이상의 메틸메타크릴레이트로 구성되며 나머지는 메타크릴레이트입니다. 또한 많은 공급업체가 아크릴 제제에 에틸아크릴레이트를 사용하는 것이 일반적입니다.

(에틸아크릴레이트는 국가 독성 프로그램의 발암 물질로 예상되는 물질 목록에 포함되어 있다는 점에 유의해야 합니다. 마찬가지로 국제 암 연구 기관에서는 에틸 아크릴레이트를 발암 가능성이 있는 물질로 나열합니다.)

Heferkamp, Goede, Engel 및 Wittbecker가 수행한 독립적인 과학 연구에서 그들은 테스트한 플라스틱 중에서 아크릴이 실제로 가장 낮은 에어로졸 생성을 초래한다는 사실을 발견했습니다(<10 mg/m3). Their work also indicated that over 90% of the emissions generated from laser cutting acrylic were gaseous methylmethacrylate monomer.

다른 연구자, 특히 Troughton, Sims, Ellwood 및 Taylor는 메틸메타크릴레이트 단량체 외에도 소량의 톨루엔, 메틸-2-메틸-3 펜테노에이트, 자일렌, 트리메틸 벤젠 및 알칸이 있음을 발견했습니다. 흥미롭게도 그들은 PAH(다환방향족탄화수소)를 발견하지 못했는데, 이는 Ball, Kulik 및 Tan의 이전 발견과 상반됩니다.

직원 노출이 규제 수준 이하로 유지되도록 적절한 환기 장비를 설치하는 것이 좋습니다. 또한, 외부에서 가스를 배출하는 경우 환경 규제를 고려해야 합니다. 레이저 절단 장비 제조업체는 일반적으로 레이저 방출을 적절하게 수집하고 처리하는 방법에 대한 지침을 제공할 수 있습니다.