초고속 레이저 마이크로 머시닝 (드릴, 커팅, 터닝)

초고속 레이저 마이크로 머시닝

Ultrafast LASER MICRO MACHINING for drilling, cutting and turning

 

 

초-단-펄스 레이저의 산업 적용 분야를 소개한다.

특수 광학 장치의 Trepan 드릴 방법으로 인해 레이저 빔은 유연하고 고정밀이며 효율적인 도구가 된다. 레이저 마이크로 머신에 조합하여, 이 기술은 고정밀 마이크로 드릴링, 커팅 및 레이저 터닝에 특히 적합하다. 무 마찰 및 비 접촉 공정으로 인해 종래의 제조 기술을 대부분 대체 할 수 있고 새로운 적용 분야를 개발할 수 있다.

It introduces industrial application possibilities of ultra-short-pulse lasers.

Because of the special optics with Trepan, the laser beam becomes a flexible, highly precise and efficient tool. In combination with the laser micro machines, this technique is particularly suitable for high precision micro drilling, micro cutting and laser turning. Because of the wear-free and non-contact processing conventional manufacturing technologies can be partially replaced and new areas of application can be developed.

 

레이저 미세 드릴링 (LASER MICRO DRILLING)

마이크로 레이저 드릴링 생산에 대한 오랜 경험으로, 경화된 강, 경금속, 도자기 및 다이아몬드와 같이 매우 단단한 재질에 대하여 작업한다. 또한 고급 강철, 구리 합금 및 플라스틱과 같은 표준 재질을 매우 정확하게 뚫을 수 있다. 여기에는 많은 홀 형태가 있다: 원형에서 타원형 및 다각형에서 자유형까지. 보어의 깊이는 원통형이거나 원추형이거나 좁아 질 수 있다. 한편으로는 레이저는 최대 15의 종횡비 관계를 갖는 매우 작고 정확한 홀을 생성 할 수 있다. 반면에 얇은 주석, 호일 및 레이어는 매우 빠른 속도로 분 당 수천 개의 홀을 생성한다. 예. 드릴을 위해. 적용분야 및 고객 선호도에 따라 프로세스를 제안하고 선택하고 최적화한다.

We have long-standing experience with the production of micro laser drilling. We work hard materials which are hardly to be worked on like hardened steel, hard metal, ceramics and diamond. But we are also able to drill standard materials like high-grade steel, copper alloys and plastics very exactly. There is a great amount of hole forms: from circularly towards elliptically and polygon up to free forms. The depth of the bore can be cylindrical or dilate conical or narrow. on the one hand, the laser can generate very small and exact holes with aspect relations up to 15. on the other hand, thin tins, foils and layers are bored (almost freely of burrs) with very high speed to produce thousands of holes per minute, e.g. for perforations. According to the application and customer preferences we suggest processes, select them and optimize them.

 

레이저 드릴링 요구사항 (LASER DRILLING REQUIREMENTS)

레이저로 고정밀도 드릴링을 수행해야 하는 4가지 주요 요구 사항은 시간, 품질, 유연성 및 재현성이다.

There are four main requirements which high precision drilling with lasers must meet: Time, quality, flexibility, and reproducibility.

 

1) 드릴 시간 (Time): 드릴링 시간은 레이저 드릴링이 일반적인 드릴링 방법인 EDM 및 펀칭과 경쟁 할 수 있도록 충분히 짧아야 한다.

The drilling time must be short enough so that laser drilling can compete with conventional drilling methods, EDM and punching.

 

2) 드릴 품질 (Quality): 특히 미세 드릴링의 품질은 매우 높다. 주요 특징은 다음과 같다.

The quality is very high for micro drilling in particular. Key attributes are:

- 버 없음 No burrs

- 직경 30um 이상 Diameter up to 30µm

- 진원도 +/-1% Sphericity +/- 1%

- 날카로운 혹은 둥근 모서리 Sharp or rounded edges

- 용융 혹은 증착 없음 No melting or deposits

- 무시할 만한 열영향부 Negligible heat-affected zone

 

3) 유연성 (Flexibility): 가변 테이퍼 (정, 역, 원통형), 구성 요소 내의 다양한 홀 형상, 최대 1.5mm까지의 재질 두께.

Adjustable taper (positive, negative, cylindrical), various hole geometries within a component, material thickness of up to 1.5mm.

 

4) 재현성 (Reproducibility): 재현성은 산업 제조 분야의 응용 분야에서 중요한 역할을 한다. 여기서 벤치 마크는 24/7 생산을 위해 +/- 1μm 내에서 100μm 홀의 직경을 재현해야 한다는 것이다.

Reproducibility plays a major role for applications in industrial fabrication. The benchmark here is that the diameter of a 100µm hole must be reproduced within +/- 1µm for 24/7 production.

 

가공작업 예 (WORKPIECE EXAMPLES, Trepanning and Helical drilling)

 

Matrix

 

Injector

Injector plates

 

레이저 미세 드릴 성공 요소 (LASER MICRO DRILLING SUCCESS FACTORS)

4 가지 영향 요인은 이러한 요구 사항을 달성하는 데 중요한 역할을 한다: 프로세스 노하우, 레이저 소스, 드릴링 광학계 및 시스템 기술

The 4 influencing factors play a role in order to attain these requirements: Process know-how, laser source, drilling optics, and system technology.

 

1) 프로세스 노하우 (Process know-how): 정밀하고 재현성 있는 레이저 드릴링을 위해서는 모든 공정을 포함하여 드릴링 절차에 대한 철저한 이해가 필요하다. 이는 적절한 드릴링 전략을 정의하고 드릴링 프로세스 중 프로세스 매개 변수를 적절하게 수정하며 프로세스 가스를 효과적으로 사용하기 위해 필수적이다. 우리는 창립된 이래로 레이저 천공된 미세 홀의 생산에 관여해왔다. 드릴링 프로세스에 대한 풍부한 지식이 수년간 축적되었다. 이 지식을 통해 우리는 모든 쿼리 및 적용분야에 대해 유능하고 생산적인 지원을 제공 할 수 있다.

A thorough understanding of the drilling procedure including all processes is required for precise and reproducible laser drilling. This is essential in order to define a suitable drilling strategy, modify process parameters accordingly during the drilling process, and to use process gases effectively. We have been involved in the production of laser-drilled micro-holes since it was founded. A great wealth of knowledge about the drilling process has been accumulated in our company over the years. This knowledge allows us to provide you with competent and productive support for all your queries and applications.

 

2) 레이저 발생기 (Laser source): 레이저의 선택은 주로 처리 시간 및 홀 품질에 상당한 영향을 미친다. 홀의 형상과 가공물 재료는 펄스 지속 시간, 펄스 에너지, 파장 및 주파수와 관련하여 레이저의 최적 선택을 결정한다. 다양한 짧은 및 초고속 레이저가 제공되므로 매우 광범위한 응용 분야를 커버 할 수 있다.

The choice of laser primarily has a considerable effect on the processing time and hole quality. The geometry of the hole and the work piece material determine the optimal choice of laser with regard to pulse duration, pulse energy, wavelength, and frequency. Various short and ultrafast lasers are available, allowing us to cover a very broad range of applications.

 

3) 드릴링 광학계 (Drilling optics): 다양한 종횡비의 고정밀 원형 원형 홀을 만들기 위해서는 초점을 맞춘 레이저 빔을 원 운동으로 회전시켜야 한다. 이 과정을 트레파닝이라고 한다. 이러한 방식으로 보를 조작하기 위해 특수 드릴링 옵틱이 사용된다.

허용되는 드릴링 시간 내에 고품질의 홀을 얻을 수 있으려면 드릴링 광학계가 가공 (나선형) 중에 홀 직경의 변화를 지원해야 한다. 또한, 재현성을 보장 할 수 있는 유일한 방법이므로 작업 중에 드릴 진입 각도의 자동 조정이 가능해야 한다. 이 광학 장치는 현대의 초단 펄스 레이저의 높은 반복 속도를 이용하기 위해 분당 수천 회로 회전한다. 따라서 조정 가능한 구성 요소가 있어야 한다. 이것들은 드릴 결과에 영향을 미칠 수 있는 무게 중심을 바꿀 것이다. 또한, 빔의 동시 회전 강도 프로파일은 포커스 스폿 자체가 완벽하게 둥글지 않더라도 라운드 정밀 홀의 생성을 허용하기 때문에 유리하다. Trepan 드릴링 광학계를 통해 이러한 모든 핵심 요구 사항이 구현되어, 최적의 드릴링 결과를 제공하는 장비를 고객에게 제공한다.

In order to create high precision and round micro-holes with variable aspect ratios, the focused laser beam must be made to gyrate in a circular motion. This process is called trepanning. Special drilling optics is used in order to manipulate the beam in this manner.
In order to be able to achieve high quality holes within acceptable drilling times, the drilling optics must support changes in the hole diameter during machining (spiraling). Adjusting the angle of attack should also be automated and possible during the process, since this is the only way to ensure reproducibility. This optics rotates at several thousand revolutions per minute in order to take advantage of the high repeat rates of modern short-pulse lasers. Therefore they should not contain any adjustable components. These would change the center of gravity, which could affect the drilling results. Also, a co-rotating intensity profile of the beam is advantageous since it allows for the production of round precision holes even if the focus spot itself is not perfectly round. With the Trepan drilling optics, we offer its customers a product in which all of these key requirements have been implemented and which therefore provides the customer with optimal drilling results.

 

4) 장비 기술 (System technology): 드릴링 광학계뿐만 아니라, 장비 기술은 핵심적인 역할을 한다. 높은 품질과 재현성 있는 결과를 얻으려면 레이저와 광학 장치를 시스템에 완전히 통합해야 한다. 시스템은 또한 마이크로 드릴링 중에 일반적으로 요구되는 매우 엄격한 위치 공차를 충족시키기 위해 고정밀 위치 지정 장치를 갖추고 있어야 한다.

In addition to the drilling optics, the system technology also plays a key role. In order to be able to achieve high quality and reproducible results, the laser and optics must be fully integrated into the system. The system must also be equipped with a high precision positioning system in order to meet the very tight position tolerances typically required during micro drilling.

 

 

레이저 미세 절단 (LASER MICRO CUTTING)

특수 트레퍼닝 광학계는 후처리 없이 μm 범위에서 직각 절단을 허용한다.

레이저 가공 시스템을 사용하여 비철금속 및 비금속 재료를 1mm 두께까지 절단 할 수 있다. 속도는 원하는 윤곽 및 표면 품질에 따라 다르다. 0.12mm의 두께와 높은 절단 품질 요구 사항을 가진 구리-베릴륨 소재의 경우, 예를 들어, 수백 mm/min의 속도가 달성 될 수 있으며, 0.2mm 두께의 스테인레스 스틸은 60mm/min속도를 허용한다. 따라서 레이저 미세 절단에 필요한 시간은 와이어 방전 가공과 비교하여 현저히 낮다. 또한 커팅 갭 직경, 절단 각도, 속도, 포커싱 렌즈 및 커팅 노즐과 관련된 트레파닝 및 포커싱 옵션의 다목적 설정 옵션을 통해 각각의 어플리케이션에 쉽게 적용 할 수 있으므로, 경제적으로 적은 부품 수를 생산할 수 있다.

Special trepanning optics allow for right-angled cuts in the µm range without post-processing.

With the Laser Machining System, ferrous and non-ferrous metals as well as non-metallic materials up to a thickness of 1 mm can be cut. The speed primarily depends on the desired contour and surface quality. For a copper-beryllium work piece with a thickness of 0.12mm and high cutting quality requirements, for example, a speed of several hundred mm/min can be achieved, while 0.2mm thick stainless steel allows for a solid 60mm/min. Thus the time required for laser micro cutting is significantly lower than that of comparable processing with wire-electro discharge machining. In addition, the versatile setting options of the trepanning and focusing options with regard to the cutting gap diameter, cutting angle, speed, focusing lens, and cutting nozzle allow for easy adaptation to the respective application and therefore economical production of even low piece counts.

 

세부 사항 (Specifics)

- 광택 절단 품질 brilliant cut quality

- 버 형성 없음 no formation of burrs

- 열 영향 부 없음 no heat-affected zones

- 정확한 각도로 외곽 절단 right-angled cut edges

 

가공작업 예 (WORKPIECE EXAMPLES)

 

추가사항 (ADDITIONAL INFO)

레이저 장비는 이러한 기준을 충족하여 제공된다. Trepan 드릴링 옵틱은 기계 컨셉에 완전히 통합되어있고, 따라서 정밀 미세 홀을 유연하게 생산할 수 있다.

With the laser systems, we are offering the machines which meet these criteria. The drilling optics is fully integrated into the machine concept, therefore allowing for flexible production of high precision micro-holes.

 

 기술, 장비에 대한 자세한 사항은 아래 연락처로 문의하여 주시기 바랍니다.

 

(주)드림포토닉스

Mobile: 010-8781-0630 email: cbpark36@gmail.com

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