안정적인 고출력 CO2 레이저로 램프 제조 개선

100년 이상의 용접 경험을 갖춘 공작기계 제작업체 Arnold Ravensburg(독일 레이븐스버그)는 이 기술의 전문가입니다. 이들은 레이저 용접을 조기에 채택했으며 1985년부터 자체 시스템을 구축해 왔습니다.

특히 CO2 레이저에 대한 뛰어난 전문성으로 인해 전 세계 기업들은 Arnold Ravensburg를 찾아 가장 어려운 용접 문제를 해결합니다. 그들은 회사가 고객의 고유한 문제에 대해 \"한 가지 크기로 모든 접근 방식\"을 강제하는 대신 레이저, 빔 전달 시스템, 고정 장치 및 부품 취급 로봇을 통합하는 맞춤형 솔루션을 개발할 것임을 이해합니다.

램프 밀봉 응용 분야

2023년 한 주요 조명 제품 제조업체가 Arnold Ravensburg에 접근하여 방전 아크 램프 밀봉 시스템을 제공했습니다. 특히 원통형 석영 유리 전구 엔벨로프를 녹여 애노드와 캐소드를 지지하는 내부 세라믹 구조로 밀봉해야 합니다. 이 씰은 연속적이고 밀폐되어 있어야 하며 전구의 전체 둘레를 감싸야 합니다. 이는 후속 단계에서 채워질 고압 가스 혼합물을 유지하는 데 필요합니다. 이 밀봉은 전구의 전체 수명을 지속해야 합니다.

이 공정에서는 전구의 전체 둘레에 있는 두 곳에서 유리를 녹여 세라믹 부품이 내부에 있는 밀폐 밀봉을 형성해야 합니다. 이렇게 하면 전구가 수명이 다할 때까지 가스 충전을 유지할 수 있습니다.

원래 조명 제조업체는 불꽃으로 이 밀봉 공정을 수행했습니다. 그러나 지난 10년 동안 이들은 레이저 가공으로 마이그레이션했습니다. 레이저 레이저 밀봉이 더 반복 가능하며 온도 감지 고온계 시스템을 사용하여 공정을 더 잘 조절하여 일관성과 수율을 개선할 수 있음을 발견했습니다.  

안타깝게도 원래의 레이저 시스템 공급업체에서 품질 및 배송 문제가 발생했습니다. 더 빠르고 일관된 프로세스를 제공하고 제때에 납품할 수 있는 새로운 공급업체를 찾고 있었습니다.

이 조명 제조업체는 이미 Arnold Ravensburg와 역사를 가지고 있었기 때문에 이 프로젝트를 통해 회사에 접근하는 것은 자연스러운 일입니다. 특히 이 응용 분야의 유일한 실용적인 소스는 CO2 레이저이며 Arnold Ravensburg는 이 기술에 특히 전문적입니다.

전구 외피 재료는 가시광선과 근적외선에서 투명하기 때문에 CO2 레이저가 필요합니다. 즉, 단파장 레이저로는 쉽게 처리할 수 없습니다. 빛이 가열되기 위해 흡수되지 않고 재료를 통과하기만 하면 됩니다. 

레이저 선택

이 응용 분야에는 CO2 레이저가 필요했지만 Arnold Ravensburg는 먼저 공정 세부 사항을 결정해야 했습니다. 이들은 최적의 방법은 원하는 위치에 레이저 에너지 적용하면서 전구를 지속적으로 회전하는 것임을 발견했습니다. 그러면 전구가 빠르게 가열됩니다. 재료 온도는 비접촉 고온계에 의해 지속적으로 모니터링되며 올바른 값에 도달하면 레이저가 꺼집니다. 전구가 계속 회전하고 녹은 유리가 흘러 밀봉을 만듭니다.

Arnold Ravensburg 엔지니어들은 공정 매개변수의 잠재적 차이로 인해 두 씰을 동시에 수행할 수 없다는 것을 깨달았습니다. 따라서 두 개의 씰이 순차적으로 생성됩니다. 속도 제한 계수는 전구 재료가 흐르는 속도이며, 따라서 각 용접을 수행하는 데 약 3분이 소요됩니다.

이 공정에는 약 800W의 레이저 출력이 필요합니다. Arnold Ravensburg는 Coherent DC 010을 이 애플리케이션의 소스로 선택했습니다. 최대 8kW까지 확장되는 고출력 밀폐 슬래브 방전 CO2 레이저의 DC 시리즈 1kW 모델입니다.

Arnold Ravensburg의 영업 이사인 Hansjörg Klotz는 “여러 가지 요인으로 인해 DC 010을 사용하게 되었습니다. “당사의 최종 사용자는 밀폐형 슬래브 방전 설계가 다른 다킬로와트 CO2 레이저에 사용되는 빠른 흐름 구조보다 훨씬 더 높은 신뢰성을 제공한다는 것을 알고 있습니다. 또한 운영 비용 절감, 신뢰성 향상, 수명 연장 및 유지보수 간격 연장을 제공합니다. 또한 이러한 레이저는 밀봉되어 있어 산업 환경에서 항상 우려되는 레이저에 유입되는 오염 문제를 방지합니다. 마지막으로 DC 시리즈 출력 전력은 레이저 수명 내내 일정하게 유지되어 탁월한 공정 일관성을 보장합니다.\"

성공을 위한 파트너

Arnold Ravensburg와 같은 기계 제작업체의 관점에서 Klotz는 통합의 용이성을 중요한 이점으로 꼽습니다. “우리는 이전에 Coherent DC 시리즈 레이저를 여러 번 사용했으며, 그 주변에 시스템을 구축하는 것은 매우 간단합니다. 이 제품은 필드버스 환경에 완벽하게 맞는 진정한 산업용 인터페이스를 제공합니다. 많은 고객이 Profibus 프로토콜을 사용하며, 특히 Siemens 컨트롤러가 거의 보편적이고 DC 시리즈가 이를 직접 지원하는 독일에서 그렇습니다.\"

Klotz는 “또 다른 요인은 Coherent 자체입니다. “Coherent는 파트너라고 생각하며, 항상 파트너로부터 필요한 지원과 정보를 쉽게 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 광학 계산을 위해 특정 레이저의 빔 특성에 대한 자세한 데이터가 필요한 경우도 있으며, Coherent는 이를 주저하지 않고 제공합니다.”

“또한 Coherent 레이저에는 뛰어난 장치 간 일관성이 있습니다. 따라서 광학 장치를 설계한 후에는 중요한 개별 조정이 필요하지 않다는 것을 알고 시스템을 구성할 수 있습니다. 빔 안정성에도 동일하게 적용되며 설치 후에는 변경되지 않습니다. 이는 자체 설계 철학과 매우 잘 일치합니다. Arnold Ravensburg 빔 전달 시스템은 미러를 교체할 때 광학적 재정렬이 필요하지 않도록 설계되었습니다. 그러나 물론 레이저 레이저 포인팅 자체가 안정적으로 유지되어야 합니다.\"

Klotz는 “이 레이저는 연간 서비스만 필요한 작업용 레이저입니다. \"우리는 현장에서 성능 문제나 고장에 대해 걱정하지 않고 설치할 수 있습니다. Coherent 시스템에 Coherent DC 시리즈 레이저를 사용하면 당사와 고객의 두통을 없앨 수 있습니다. 그리고 이를 통해 그들은 더 많은 것을 위해 우리에게 다시 오게 됩니다.”