CO₂ vs. 파이버 레이저: 알아야 할 모든 것

1.0CO₂ 레이저와 파이버 레이저 중 선택

레이저 소스의 핵심 역할: 모든 레이저 시스템의 핵심은 레이저 광원입니다. 이 구성 요소는 빛 입자에 에너지를 공급하고 이를 집중된 흐름으로 방출하여 레이저 빔을 생성합니다.

일반적인 레이저 소스 유형과 장점: 오늘날 가장 널리 사용되는 두 가지 레이저 소스는 CO₂ 레이저와 파이버 레이저입니다. 각 레이저는 고유한 성능 이점을 제공합니다. 적합한 레이저 소스를 선택하면 처리 효율성, 정밀도, 그리고 유연성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

금속 가공을 위한 CO₂ 레이저 절단과 파이버 레이저 절단: 제조 전문가들은 금속 절단에 어떤 기술이 더 적합한지 오랫동안 논쟁해 왔습니다. 어떤 이들은 오랜 시간 동안 검증된 CO₂ 시스템을 선호하는 반면, 어떤 이들은 파이버 레이저가 제공하는 현대적인 장점을 선호합니다.

레이저 소스 선택의 핵심 요소: 이 두 레이저 유형 간의 주요 차이점은 파장과 빔 전달 방법에 있습니다.

• 파이버 레이저: 금속 절단용으로 설계됨, 더 짧은 파장에서 작동하므로 광범위한 금속을 절단하는 데 매우 효율적입니다.
• CO₂ 레이저: 더 광범위한 재료 호환성, 올바른 설정으로 비금속 재료와 특정 금속을 절단하는 데 이상적입니다.

2.0CO₂ 레이저란?

CO₂ 레이저는 가장 다재다능하고 널리 사용되는 레이저 유형 중 하나이며, 광범위한 소재 호환성으로 선호됩니다. 재료를 기화시켜 절단하고 조각하므로 비금속 기판에 특히 효과적입니다.

작동 원리:
CO₂ 레이저는 주로 이산화탄소(CO₂), 질소(N₂), 헬륨으로 구성된 가스 혼합물을 여기시켜 작동합니다. 전기장은 질소 분자에 에너지를 공급하고, 질소 분자는 공명을 통해 CO₂ 분자에 에너지를 전달합니다. 그러면 CO₂ 분자는 광자를 방출하여 레이저 빔을 생성합니다. 헬륨은 CO₂ 분자를 바닥 상태로 재설정하여 연속적인 출력을 가능하게 합니다.

레이저 특성:

• 파장:~10.6마이크론; 중적외선에서 원적외선 스펙트럼에 속합니다.
• 산출: 고효율 레이저 생성.
• 설계: 구조가 간단하고 생산 비용이 낮습니다.
• 파워 범위: 밀리와트에서 킬로와트까지 조절 가능.
• 빔 품질: 지속적이고 안정적인 최대 전력을 공급합니다.
• 확장성: 레이저 튜브를 확장하면 출력 전력을 높일 수 있습니다.
• 조정: 회전 거울을 통한 Q-스위칭으로 더 높은 펄스 전력이 가능합니다.
• 진전사항: RF-여기 CO₂ 레이저와 같은 변형 레이저는 더 뛰어난 출력, 수명, 효율성을 제공합니다.

CO₂ 레이저 특징:

• 시스템 유형: 다양한 CO₂ 레이저 시스템 형식과 호환됩니다.
• 사용자 정의: 다양한 전력 레벨과 작업 영역 크기로 제공됩니다.
• 재료 유연성: 다양한 기질을 지원합니다.

가격: 초기 비용이 낮기 때문에 조각에 있어서 비용 효율적인 옵션입니다.

가공 가능한 재료:

• 절단 및 조각: 플라스틱, 아크릴, 목재, 판지, 종이, 직물, 고무.
• 각인만 가능: 유리, 세라믹, 석재, 코팅 금속. 베어 메탈은 일반적으로 직접 가공할 수 없으며, 마킹 스프레이 또는 코팅이 필요할 수 있습니다.

일반적인 응용 분야:

• 간판 및 디스플레이 제조
• 아크릴 커팅 및 조각
• 맞춤 선물 및 장난감 개인화
• 트로피 및 시상 제작

3.0파이버 레이저란 무엇인가?

파이버 레이저는 희토류 원소가 도핑된 파이버를 이득 매질로 사용하며, 금속 마킹 및 고대비 플라스틱 가공을 위해 특별히 설계되었습니다. 파이버 레이저는 CO₂ 레이저로는 부족한 작업에 탁월한 성능을 발휘하며, 고속, 저전력 소모, 그리고 사실상 유지보수가 필요 없는 작동을 제공합니다.

작동 원리:
모놀리식 구조를 기반으로 제작된 파이버 레이저는 도핑된 광섬유(예: 이터븀)를 자극하여 빛을 생성합니다. 레이저 에너지는 파이버 공동 내에서 증폭되고 브래그 격자에 의해 반사되어 렌즈를 통해 재료 표면에 집속되는 평행 빔을 생성합니다.

파이버 레이저의 장점:

• 유지: 장기간 사실상 유지관리가 필요 없습니다.
• 크기: 컴팩트하고 통합하기 쉽습니다.
• 안정: 낮은 소음과 깜빡임으로 높은 빔 품질을 제공합니다.
• 비용: 동일한 전력 출력을 가진 유사 시스템보다 낮습니다.
• 환경: 다양한 온도와 산업 환경에서도 우수한 성능을 발휘합니다.
• 속도와 파워: 최대 12kW 이상의 사용 가능한 전력 수준으로 절단 속도가 빠릅니다.

파이버 레이저 절단 기술 및 이점

파이버 레이저는 금속에 대한 흡수율이 뛰어난 고집속 빔을 방출하여 금속 절단에 특히 효과적입니다. 낮은 반사율과 효율적인 빔 전달은 여러 금속 응용 분야에서 CO₂ 레이저보다 우수한 성능을 발휘합니다.

• 재료 적합성: 스테인리스 스틸, 알루미늄, 황동, 구리에 적합합니다.
• 절단 두께: 1인치(25mm) 이상의 금속판을 절단할 수 있으며, 0.5인치(12.5mm) 이하에서 최적의 성능을 발휘합니다.
• 보조 가스: 질소나 산소를 사용하면 슬래그 제거, 절단 속도, 가장자리 품질이 향상됩니다.
• 전력 소비량: CO₂ 레이저의 운영비용의 절반에서 1/3 수준으로 운영됩니다.
• 절단 속도: 기존 CO₂ 시스템보다 최대 5배 빠릅니다.
• 유지: 밀폐형 광학 시스템으로 세척과 렌즈 교체가 최소화됩니다.
• 생산력: 처리량이 증가하고 부품당 생산 비용이 감소합니다.

파이버 레이저의 주요 특징

• 직접 마킹: 스프레이나 코팅 없이 맨 금속에 조각과 표시를 할 수 있습니다.
• 내구성: 긴 사용 수명(최소 25,000시간).
• 회전축: 옵션인 회전식 부착 장치를 사용하면 원통형이나 테이퍼형 표면에 표시를 할 수 있습니다.

가공 가능한 재료:

• 궤조: 알루미늄, 청동, 구리, 금, 백금, 은, 스테인리스 스틸, 티타늄.
• 플라스틱: ABS, 폴리아미드, 폴리카보네이트, PMMA(아크릴), 레이저 마킹이 가능한 첨가제.

일반적인 응용 분야:

• 프로모션 아이템 마킹
• 고대비 플라스틱 마킹
• 직접 부품 표시
• 바코드 및 명판 조각

4.0CO₂ 레이저와 파이버 레이저의 주요 차이점 이해

5.0CO₂ 대 파이버 레이저: 어떤 기술을 사용하는 것이 더 안전한가요?

레이저 안전 위험: 유형에 관계없이 레이저 방사선은 직접 또는 반사되어 사람의 눈과 피부에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 이를 완화하기 위해 레이저 시스템은 잠재적인 생물학적 위험을 기준으로 분류되며, 다음에서 정의한 대로 의무적으로 안전 라벨을 부착해야 합니다. BS EN 60825-1(IEC 60825-1)이 표준은 레이저 등급과 해당 방출 한계를 설명합니다.

• 1학년:확대경이나 망원경과 같은 광학 기기를 사용하여 장시간 직접 보거나 관찰하더라도 정상적인 작동 상태에서는 안전합니다.
• 2M반: 가시광선을 방출합니다. 일반적으로 단기간 육안으로 관찰하면 안전하지만 광학 보조기구를 통해 볼 경우 해로울 수 있습니다.
• 4학년:난반사로 인한 눈과 피부 손상 위험이 높습니다. 화재 위험도 있습니다.

레이저 절단 시스템의 안전 조치

하는 동안 파이버 레이저 본질적으로 4학년 높은 출력 전력으로 인해 대부분의 파이버 레이저 절단 시스템은 다음을 충족하도록 설계되었습니다. 1등급 안전 기준 강력한 보호 기능을 통해:

• 인터록 시스템: 액세스 패널이나 인클로저 도어가 단단히 닫히지 않은 경우 레이저 방출을 자동으로 비활성화하여 우발적인 노출을 방지합니다.
• 보호용 관찰 창: 특수 레이저 안전 유리는 작업자를 빔 노출로부터 보호하는 동시에 시각적 모니터링을 가능하게 합니다. 유리는 레이저 출력, 초점 및 빔 특성을 기준으로 등급이 매겨져야 합니다.

CO₂ 레이저 안전 특성

• 오픈 디자인: CO₂ 레이저 장비는 종종 개방형 구조를 사용합니다. 반사되더라도 빔이 상당히 확산되어 심각한 손상 가능성을 줄여줍니다.
• 비용 효율적인 보호: 사용되는 안전 유리는 일반적으로 반투명하고 비용이 저렴하여 작업자의 가시성을 유지하면서도 충분한 보호 기능을 제공합니다.

파이버 레이저 안전 고려 사항

• 인증 요구 사항: 파이버 레이저 장비를 구매할 때 레이저 소스와 전체 시스템이 모두 다음과 같은지 확인하십시오. CE 인증국제 안전 기준을 준수함을 확인합니다.
• 강화된 격리: 파장이 짧고 에너지 밀도가 높기 때문에 파이버 레이저는 높은 전력 수준에서도 위험한 노출을 방지하기 위해 더욱 엄격한 차폐 및 인클로저 설계가 필요합니다.

6.0CO₂ 레이저와 파이버 레이저: 어느 것이 에너지 효율이 더 높을까?

전력 소비 비교:

파이버 레이저는 에너지 효율성과 지속 가능성 측면에서 CO₂ 레이저에 비해 상당한 이점을 제공합니다.

CO₂ 레이저 효율: 약 10%의 전기 효율을 갖춘 6kW CO₂ 레이저는 일반적으로 약 60kW의 입력 전력이 필요합니다.

파이버 레이저 효율: 파이버 레이저 시스템은 약 45% 효율(최대 50%)로 작동하며, 동일한 6kW 출력을 달성하는 데 약 13kW의 입력만 필요합니다.

레이저 출력 전력이 증가함에 따라 냉각 시스템에 대한 요구 사항도 증가합니다. CO₂ 레이저는 적절한 냉각을 유지하는 데 훨씬 더 많은 에너지가 필요하므로 파이버 레이저에 비해 전기 비용이 더 높습니다.

또한, 연기 배출 및 여과에 필요한 전력은 장비 크기와 절단면 면적에 따라 달라집니다. 절단 전력이 높을수록 배출 시스템의 부하가 증가합니다.

결론: 파이버 레이저 절단기는 에너지 소모가 현저히 적어, 특히 대량 생산이나 장시간 생산 환경에서 시간이 지남에 따라 측정 가능한 비용 절감 효과가 나타납니다.

7.0CO₂ 레이저 vs. 파이버 레이저: 자본 투자 비교

동안 초기 구매 가격 파이버 레이저 커터의 경우 일반적으로 CO₂ 레이저보다 더 높습니다. 더 빠른 절단 속도—특히 얇은 소재의 경우—생산성을 향상시킵니다. 낮은 전력 소비, 섬유 시스템은 부품당 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.

자동화 기능:
CO₂ 및 파이버 레이저 시스템은 다음을 포함하여 높은 수준의 자동화를 지원합니다.

• 무인 제조
• 자동 노즐 교환기
• 자동 초점 렌즈 시스템

이러한 기능들은 수동 개입과 유휴 시간을 줄여 효율성을 높입니다. 자동화 수준이 높아지면 초기 비용은 증가하지만, 운영자 오류로 인한 가동 중단 시간을 크게 줄이고 장기적인 ROI를 향상시킵니다.

레이저 시스템 비용에 영향을 미치는 요소:

• 레이저 파워
• 절단 영역 크기
• 자동화 수준

일반적인 가격 범위:

• 중고 산업용 CO₂ 시스템: £150,000 이상
• 새로운 산업용 파이버 레이저 시스템: £275,000~£550,000, 일부는 £100만을 초과합니다.

고체 레이저 기술의 발전으로 파이버 레이저 가격은 점차 낮아지고 있는 반면, CO₂ 레이저 가격은 비교적 안정적으로 유지되고 있습니다.

8.0CO₂ 레이저 대 파이버 레이저: 유지 보수 및 운영 비용

유지 관리 요구 사항:
파이버 레이저는 빔 전달 시스템의 차이로 인해 CO₂ 레이저보다 유지관리가 훨씬 덜 필요합니다.

• 파이버 레이저: 밀봉된 광섬유 케이블을 사용하여 레이저 빔을 절단 헤드로 직접 전달합니다. 폐쇄형 빔 경로는 오염 위험을 제거합니다.
  • 소모품: 주로 노즐과 보호창
  • 일반적인 유지 관리 시간: 주당 30분 미만
• CO₂ 레이저: 여러 개의 거울과 벨로우즈가 달린 관절형 팔을 이용해 빔을 안내합니다.
  • 유지 관리 필요 사항: 거울과 벨로우즈는 먼지가 쌓이고 마모되기 쉽기 때문에 정기적인 청소와 교체가 필요합니다.
  • 기계적 마모 : 벨로우즈의 움직임으로 인해 핀홀과 정렬 불량이 발생할 수 있습니다.
  • 열 효과: 레이저의 열은 거울을 변형시켜 빔의 정렬을 어긋나게 하고 재보정이 필요할 수 있습니다.
  • 손상 위험: 빔 반사는 발진기와 같은 값비싼 부품을 손상시킬 수 있습니다.
  • 일반적인 유지 관리 시간:주당 4~5시간

빔 정렬:

일관된 절단 품질을 위해서는 정확한 빔 정렬이 필수적입니다.

• CO₂ 레이저: 여러 개의 거울이 필요합니다. 재정렬이 복잡하고 시간이 많이 걸립니다.
• 파이버 레이저: 렌즈를 한 번만 조정하면 되므로 정렬이 빠르고 간단합니다.

9.0CO₂ 레이저 vs. 파이버 레이저: 절단 속도 비교

절삭 성능 개요:
파이버 레이저는 얇은 소재(8mm 미만)를 가공할 때 CO₂ 레이저보다 훨씬 빠른 절단 속도를 제공하며, 스테인리스 스틸 가공 분야에서 가장 눈에 띄는 장점을 보입니다.

1mm 두께: 파이버 레이저는 대략 절단합니다 6배 더 빠름 CO₂ 레이저보다.

두께 5mm: 속도 차이는 약 100km/h로 좁아집니다. 2×.

전력 확장: 레이저 출력을 약 2kW 증가시키면 얇은 재료의 절단 속도가 다음과 같이 향상될 수 있습니다. 2~3회.

동일한 출력 조건에서 재료 두께가 증가함에 따라 CO₂ 레이저는 파이버 레이저 절단 속도에 근접하거나 경우에 따라 이를 초과할 수 있습니다. 그러나 이러한 장점은 상대적으로 제한적이며, 고출력 CO₂ 레이저(6kW 이상)는 덜 일반적입니다. 산업 현장에서.

반면, 파이버 레이저는 특히 다양한 재료 두께에 걸쳐 효과적입니다. 고전력 시스템, 그들은 지속적으로 속도와 효율성 면에서 우수한 성과를 보이고 있습니다.

메모: 최적의 절단 속도는 속도 측정 기준뿐만 아니라 다음 사항에 의해서도 평가되어야 합니다. 소모품 수명 그리고 보조 가스 효율 비용 효율적인 운영을 보장합니다.

절단 속도 비교표(6kW 레이저 vs. 170A 플라즈마 커터)

참고: 표시된 속도는 직선 절삭 성능을 나타냅니다. 복잡한 형상이나 중첩된 레이아웃을 포함하는 실제 절삭에서는 유효 속도가 낮아질 수 있습니다. 기계의 가속 및 감속 성능 또한 전체 처리량에 영향을 미칩니다.

Edge 품질 비교

CO₂ 레이저:

CO₂ 레이저는 빔 스팟 크기가 더 크기 때문에 다양한 두께의 소재를 절단하는 데 적합합니다. 스팟 크기가 더 크기 때문에 특히 소재의 두께가 두꺼워질수록 모서리가 더욱 매끄러워집니다. 절단면의 품질은 깊이가 깊어질수록 향상되므로, 두꺼운 소재의 경우 모서리 매끄러움이 필수적일 때 CO₂ 레이저가 선호됩니다.

파이버 레이저:

파이버 레이저는 빔 직경이 작아 좁은 절단면과 얇은 소재의 고속 절단이 가능합니다. 이렇게 집속된 빔은 에너지 흡수율을 높여 빠르고 효율적인 가공을 가능하게 합니다.

그러나 두꺼운 재료를 절단할 때 파이버 레이저 빔은 주로 절단 영역의 상단에 영향을 미칩니다. 레이저는 절단면의 하단에 도달하기 위해 여러 번의 내부 반사에 의존해야 하며, 이로 인해 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

더 거친 표면 마감

가장자리를 따라 미세한 줄무늬

용융된 물질을 효과적으로 배출하기 위한 보조 가스 압력 요구 사항 증가

그 결과, 두꺼운 부분을 가공할 때 절단면의 품질이 CO₂ 레이저보다 떨어질 수 있으며, 특히 최소한의 후가공이 필요한 적용 분야에서 그렇습니다.

10.0CO₂ 레이저 대 파이버 레이저 - 재료 가공 비교표

11.0파이버 레이저 vs. CO₂ 레이저: 어떤 것을 구매해야 할까요? 그리고 그 이유는 무엇일까요?

CO₂와 파이버 레이저 커터 중 선택

레이저 절단기를 구매할 계획이지만 CO₂ 레이저와 파이버 레이저 중 어떤 것을 선택해야 할지 확신이 서지 않는다면, 두 기술의 차이점을 이해하면 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 될 것입니다.

각 레이저 유형의 장점과 한계를 명확하게 이해하면 특정 요구 사항에 더 적합한 레이저가 무엇인지 알 수 있습니다.

11.15mm 스테인리스 스틸 절단 비교

• CO₂ 레이저 절단 5mm 스테인리스 스틸 샘플
• 파이버 레이저 절단 5mm 스테인리스 스틸 샘플

(여기에 다이어그램이나 비교 사진을 삽입하세요)

11.2레이저 절단 시스템 선택의 핵심 요소

적합한 자동 레이저 절단 시스템을 선택하려면 현재 적용 분야, 요구 사항, 제약 조건 및 향후 성장 계획을 종합적으로 평가해야 합니다. 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 재료 유형 및 두께
• 처리 정확도
• 생산 효율성
• 구매 예산
• 운영 비용

11.3기술 비교 및 결론

CO₂ 레이저 기술은 잘 확립되어 있으며 많은 비금속 재료를 절단하는 데 여전히 우수하지만 파이버 레이저는 최대 5배 더 빠른 절단 속도 얇은 금속(8mm 미만)에 적용 가능하며, 운영 비용을 약 100% 절감할 수 있습니다. 50%.

생산성이 높아지고 총소유비용이 낮아지면서 파이버 레이저는 업계에서 혁신을 일으키는 원동력이 되었습니다.

11.4레이저 기술의 주요 성능 비교

12.0CO₂ 레이저 vs. 파이버 레이저 - 자주 묻는 질문

CO₂ 레이저란 무엇인가요?
CO₂ 레이저는 CO₂ 가스 분자를 여기시켜 약 10.6마이크론의 파장을 생성하는 레이저 광을 생성합니다. 다양한 비금속 재료의 절단 및 조각에 적합하며 현재 가장 널리 사용되는 레이저입니다.

파이버 레이저란 무엇인가요?
파이버 레이저는 희토류 원소가 첨가된 광섬유(일반적으로 이터븀)를 이득 매질로 사용하며, 파장은 약 1.064마이크론으로 더 짧습니다. 금속 절단 및 마킹용으로 특별히 설계되어 높은 효율과 간편한 유지 보수를 제공합니다.

CO₂ 레이저와 파이버 레이저의 주요 차이점은 무엇입니까?

파장: CO₂ 레이저는 10.6마이크론에서 작동하고, 파이버 레이저는 1.064마이크론에서 작동합니다.

재료 적합성: CO₂ 레이저는 비금속 재료에 탁월한 반면, 파이버 레이저는 금속 절단에 최적화되어 있습니다.

효율성 및 유지 관리: 파이버 레이저는 에너지 효율성이 더 높고 유지관리가 더 간단한 반면, CO₂ 레이저는 전력을 더 많이 소모하고 더 복잡한 유지관리가 필요합니다.

어떤 레이저가 금속 절단에 더 적합합니까?
파장이 짧고 흡수 효율이 높은 파이버 레이저는 다양한 금속, 특히 얇은 금속판(<8mm)을 절단하는 데 적합하며 절단 속도가 빠르고 에너지 소비가 낮습니다.

CO₂ 레이저는 어떤 장점을 가지고 있나요?
CO₂ 레이저는 다양한 소재(플라스틱, 목재, 아크릴 등)에 적용 가능하고, 구조가 간단하며, 초기 비용이 낮고, 금속이 아닌 소재에 고품질 절단 및 조각이 가능합니다.

운영비용에 큰 차이가 있나요?
파이버 레이저는 CO₂ 레이저보다 에너지 효율성이 약 4~5배 높아 전력 소비와 유지 관리 비용이 크게 낮아 장기적으로 경제적입니다.

어떤 레이저가 더 안전한가요?
두 제품 모두 엄격한 안전 조치가 요구되는 고출력 레이저입니다. 대부분의 레이저 절단 시스템은 1등급 레이저 안전 기준을 충족하도록 설계되어 안전한 작동을 보장합니다.

파이버 레이저 유지관리는 복잡한가요?
유지관리는 간단합니다. 주로 노즐과 보호창을 청소하는 작업만 포함되며, 일반적인 주간 유지관리 시간은 30분 이내입니다.

CO₂ 레이저의 유지관리는 어렵나요?
유지 관리가 더 복잡하여 거울과 벨로우즈를 정기적으로 청소해야 합니다. 매주 유지 관리에 4~5시간이 걸릴 수 있습니다.

구매 비용에 큰 차이가 있나요?
파이버 레이저는 일반적으로 초기 투자 비용이 더 많이 들며, 종종 CO₂ 레이저보다 몇 배나 비쌉니다. 하지만 높은 효율과 낮은 운영 비용으로 인해 시간이 지남에 따라 투자 비용을 회수할 수 있습니다.

파이버 레이저는 플라스틱과 유기물질에 적합한가?
일반적으로 권장하지 않습니다. 파이버 레이저는 레이저에 민감한 첨가제가 포함된 금속과 플라스틱에 더 적합합니다.

 

참고문헌

www.researchgate.net/publication/335334467_섬유와 CO2 레이저 절단 정확도 분석

https://www.xometry.com/resources/sheet/co2-laser-vs-fiber-laser/

https://www.tubeformsolutions.com/blog/tube-bender-7/fiber-vs-co2-laser-cutting-understanding-the-differences-448