테크니컬 리포트 2023 No.1
고반사 재료 용접에 이상적인 차세대 레이저 지원 3D 갈바노 헤드 유닛 개발
~Photonix 2022 광·레이저 기술전의 되돌아가~

Blue(465nm)와 IR(1070nm)을 각각 다른 도광섬유에서 출사하는 것입니다. 광학 헤드측에서 광로를 합성하여 가공면상의 1점에 조사합니다. Blue와 IR을 중첩한 가공면상의 집광 스폿은, 고에너지의 IR의 빔 주위를, 비교적 광범위하게 퍼진 Blue가 둘러싸는 것과 같은 동심상이 됩니다.
알루미늄, 구리 등의 고반사 재료에 흡수율이 높은 Blue를 조사하여 가공면의 온도를 높임으로써, IR의 흡수율을 높여, 또한 용융 금속의 거동을 안정화시킬 수 있어, IR 단독으로는 어려운 것으로 여겨지고 있던, 안정된 깊은 녹음을 얻을 수 있습니다.

파장 1070nm의 멀티 코어 파이버 레이저의 일종입니다. 도광 파이버는 코어 주위에 얇은 클래드층을 끼워 링 모양의 제 2 코어가 배치되어 있어 각각 코어와 클래드의 경계면에서 반사를 반복하여 각각 독립적으로 코어 내를 진행합니다. 이것과 조합하는 광학 헤드에 의해, 섬유단의 동심원상의 휘도 분포가, 공액인 가공면상에 결상 투영되기 때문에, 가공면상에 동심원상의 휘도 분포를 가지는 레이저 빔을 조사할 수 있습니다. 용접 현상의 안정화 원리는 위의 하이브리드 레이저와 유사하며 중앙 빔 주위의 링의 에너지가 용융 금속의 거동을 안정화시키는 효과가 있습니다.
파장이 IR이므로 알루미늄 및 구리에 대한 흡수율은 기존의 파이버 레이저와 다르지 않지만 가공 표면의 직경과 에너지를 최적화하여 구리의 버스 바 용접에서 좋은 결과를 얻은 사례가 보고되었습니다.

이러한 차세대 레이저는 이전보다 주로 사용되는 단일 코어 파이버 레이저와 비교하여 녹는 안정성과 스퍼터링 감소 등 다양한 바람직한 특징을 가지고 있으며 향후 응용 분야의 확산을 기대할 수 있습니다. 모두 2 계통의 레이저 발진기를 갖추고 각각 독립적으로 파워 제어가 가능합니다.

고반사 재료에 높은 흡수율을 가진 Blue 레이저와 고출력의 집광 특성이 우수한 IR 레이저를 중첩하여 IR 단독으로는 달성할 수 없는 깊은 녹음을 얻을 수 있습니다. 또한 IR 레이저보다 광범위를 조사하는 Blue 레이저가 용융 금속의 거동을 안정화시킴으로써 스퍼터의 발생을 억제하는 효과가 있어 생산성 향상에 기여합니다.
당사의 3D 방식은 커버 영역 주변부로 스캔해도 Blue 레이저와 IR 레이저에 어긋남이 생기지 않는(배율 색수차의 발생이 없는) 구성으로 되어 있으며, 2D 방식에 의한 하이브리드 스캐너와 비교하여 우위성이 있습니다.

링 모드 레이저 대응기에서는 갈바노 컨트롤러에 추가한 2계통 레이저 파워 제어 기능을 통해 프로세스별로 최적의 파워비를 설정할 수 있어 낮은 스퍼터로 생산성이 높은 용접을 할 수 있습니다. 센터 빔과 링 빔은 모두 IR이며, 본래 구리 등의 고반사 재료에의 흡수율은 높지 않습니다만, 구리의 버스 바 용접의 용도로, 파워 비율과 집광 지름의 최적화에 의해, 양호한 결과를 얻은 사례도 보고되고 있어, 철재(차체 용접)나 구리(모터 권선이나 버스 바) 등, 대상 금속을 불문하고, 많은 금속. 본제품은 2023년중에 발매를 예정하고 있습니다.

갈바노 컨트롤러 3000CD에서는 레이저를 조사하는 커맨드에 독립된 2개의 파워 인수를 설정 가능하게 함으로써 하이브리드 레이저나 링 모드 레이저 등 2계통의 발진기를 가진 신세대 레이저에 대해 각각 자유롭게 파워 제어할 수 있습니다. 이를 통해 프로세스별로 조건을 설정할 수 있으며 항상 최적의 용접이 가능합니다.

하이브리드 레이저 대응기, 링 모드 레이저 대응기 모두 향후 예상되는 레이저의 고출력화에 대응해 나갈 것입니다. 현재는 주로 구리의 용접에서의 인계가 많습니다만, 향후는, 깨지기 쉬운 알루미늄 용접에의 응용이나, 종래의 싱글 코어에서는 생산성의 한계에 이르고 있는 차체 등의 박판 용접에의 응용이라고 하는 시장 요구에 응해 갈 것입니다. 그리고 이러한 제품은 점점 경쟁 격화하는 EV 관련 컴포넌트의 생산성 향상을 통해 사회에 공헌해 나갈 것입니다.