Select Manual Laser Welder를 통해과제 해결

100년의 역사를 가지고 있는 Watlow는 미국 미주리주 세인트루이스에서 신발 산업을 위한 발열체 제조업체로 작게 출발해서 정밀 전기 열 솔루션 부문의 글로벌 리더로 성장했습니다. 오늘날 Watlow의 제품은 반도체 처리, 청정 에너지 및 환경 기술, 디젤 배출가스, 의료, 임상 및 분석 제품, 식품 서비스 장비 등 까다로운 응용 분야에 서비스를 제공하고 있습니다.

개선된 히터 제조

기업으로서 긴 여정을 거치는 과정에서 Watlow는 저항 발열체 생산에 있어서 독창적이고 참신한 방법을 개발한 오스트리아 쿠츨에 소재한 한 그룹을 인수했습니다. 이 기법에는 용사 접근 방식을 사용하여 금속 또는 세라믹 기판에 매우 얇은 저항층 재료를 증착하는 단계가 포함됩니다.

이러한 방식은 니크롬 와이어에서 발열체를 만드는 전통적인 방법에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 특히, 매우 높은 온도와 열유속을 전달하고 거의 제한 없는 다양한 모양 및 구성으로 형성될 수 있는 광범위 발열체를 생산할 수 있습니다. 이 공정은 매우 유용하고 조정하기 쉬운 것으로 밝혀졌기 때문에, Watlow는 정밀 열 제어 애플리케이션을 위한 가장 고성능의 발열체 중 일부도 현재 이 동일한 공정을 기반으로 하고 있습니다.

양호한 연결 달성

그러나 초기에 개발자들은 극복할 수 없을 것 같은 난국에 직면했습니다. 구체적으로 말하면, 이 용사층에 전력을 공급하는 데 필요한 와이어를 부착하는 것이 문제였습니다.

전기 연결에 거의 보편적으로 사용되는 기존의 납땜은 몇 가지 이유로 사용할 수 없습니다. 첫째, 산화물 층은 일반적으로 용사된 저항층 재료의 외부에 형성되어 납땜이 접합되는 것을 방해합니다. 또한 대부분의 납땜은 이러한 발열체의 높은 작동 온도에 노출될 때 녹습니다. 그렇기 때문에 대부분의 제품에 사용되는 기존의 니크롬 발열체는 일종의 크림핑 또는 리베팅을 사용하여 기계적으로 부착됩니다.

마이크로 플라즈마 용접을 포함한 다양한 형태의 용접은 때때로 기존의 니크롬 발열체에 와이어를 연결하는 데 활용됩니다. 그러나 얇고 상대적으로 약한 용사 저항 층에 너무 많은 열을 가하기 때문에 이러한 방법 중 어느 것도 Watlow가 의도하는 목표에 적합하지 않았습니다. 사실, 기존의 납땜도 이와 동일한 한계를 가지고 있습니다.  

레이저 용접 솔루션

Watlow의 엔지니어들이 Coherent Select Manual Laser Welder의 시연을 처음 보았을 때 이 장비가 문제를 해결할 수 있다고 생각했습니다. 또한 다른 용접 기술과 비교하여 두 가지 중요하고 뚜렷한 특성을 제공한다는 것을 바로 인지했습니다. 

첫째, 레이저는 작은 지점에 초점을 맞춥니다. 즉, 극도로 국소적인 영역에 열을 가합니다. 둘째, 레이저가 켜져 있는 시간을 정밀하게 제어할 수 있으므로 용사층에 결합되는 총 에너지량이 면밀하게 제한됩니다. 

아울러, 확실한 접착을 위해 함께 융합될 수 있을 정도로 와이어(및 소량의 용사층)가 충분히 녹을 수 있음을 의미합니다. 하지만 공정 중에 총 열 입력을 최소화하여 용사층도 기판도 어떻게든 손상되거나 변형되지 않도록 할 수 있습니다. 

생산으로 전환

쿠츨에 있는 엔지니어들은 Coherent Select Manual Laser Welder 테스트를 시작한 후 이 장비가 당면 과제에 대한 실현 가능한 해결책임을 신속하게 판단했습니다. 또한 상용 제품에 필요한 전기적 및 기계적 특성을 가진 접착제를 확실히 생산할 수 있음을 확인했습니다. 

하지만 생산 환경에서 장비를 성공적으로 사용하려면 필요한 공정을 수행하는 것 이상을 수행해야 합니다. 이론상, 제조 시스템은 사용하기 쉽고 비용 효율적이고 신뢰할 수 있고 학습 곡선이 짧고 변화하는 요구 사항을 충족할 수 있을 만큼 유연성이 높아야 합니다. 

Watlow는 Select Manual Laser Welder가 이러한 모든 요구 사항을 충족한다는 것을 발견했습니다. HMI(인간-기계 인터페이스) 및 컨트롤은 직관적이고 인체공학적으로 배치되어 있습니다. 따라서 작업자는 도구 사용법을 빠르게 익힐 수 있으며 하루에 몇 시간 동안 아무런 어려움 없이 사용할 수 있습니다. 

또한 설계 직원 및 제조 엔지니어는 용접 매개변수를 손쉽게 변경할 수 있습니다. 이를 통해 새로운 제품 설계 또는 다양한 재료 조합을 신속하게 생산으로 전환할 수 있습니다.

성장을 지원하는 Coherent

Select Manual Laser Welder는 Watlow의 모든 기술 요구 사항을 충족했습니다. 공급업체로서 Coherent도 마찬가지입니다. "Select Manual Laser Welder를 3대 갖추고 있으며, 하루 종일 작동할 때도 있지만 문제가 발생하는 경우는 드뭅니다."라며 쿠츨에 소재한 Watlow의 애플리케이션 및 개발 엔지니어인 Gernot Antosch는 다음과 같이 설명합니다. "하지만 문제가 발생할 경우 Coherent 지원 팀이 방문하여 신속하게 해결합니다. 또한 Coherent 연구소는 새로운 공정 레시피 개발을 지원합니다. 따라서 까다로운 이종 재료 결합체를 가장 효과적으로 용접하는 방법을 연구할 때와 직면하는 기타 복잡한 응용 분야를 다룰 때 특히 도움이 많이 되었습니다."  

쿠츨에서 근무하고 있는 팀은 또한 제품이 대량으로 생산되는 미국에 소재한 Watlow로 제조 기술을 이전하는 데 참여하고 있습니다. 레이저 용접은 확장 가능한 것으로 입증되었으며 이러한 환경에서 성공적으로 사용할 수 있습니다. 대량 생산 환경에서, Watlow는 수동 용접 시스템에서 더 높은 수준의 자동화를 허용하는 용접 시스템으로 전환했습니다. Coherent의 전 세계 지원 팀은 이러한 전환을 쉽게 수행할 수 있도록 기여했습니다. 

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