선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 나노초 레이저 가공에 있어서 가공면의 표면조도 향상을 위해서 레이저 주사 중인 시편에 초음파 진동를 가하는 가공법을 제안하였다. 실험을 통하여 학인한 결과, 본 초음파 응용 가공법은 나노초 레이저 가공에 있어서 나노 입자 형성 억지 및 표면 조도 향상에 효과가 있었다.
- 이에 본 연구에서는, 나노초 레이저 가공 중에 시편에 초음파 진동을 가하여 표면 냉각을 촉진시킴으로서 가공표면을 향상시키는 방법을 제안한다. 그래서 레이저 가공 정밀도와 가공속도를 고려해서 초음파 진동 장치를 개발하였고 실제 레이저 가공을 수행하여서 초음파로 인한 가공표면의 특징을 비교 분석하였다.
제안 방법
- Fig. 2과 같이 제작된 초음파 진동 구조물을 정반에 장착하고 공진주파수와 진폭을 측정하기 위해서 비접촉 방식의 정전 용량 센서를 이용해서 측정하였다. Table 1의 측정 결과와 같이 29.
- 수평방향의 진폭을 감소시키기 위해서 BLT에 판스프링 형태의 가이드를 결합하여 예압을 주는 구조로 설계하였으며, 두 구조물 사이의 수평 방향 상대운동을 용이 하게 하기위해서 선 접촉을 하도록 설계하였다. Fig. 2와 깉중앙에 BLT 공진 구조물을 장착하고 BLT 상단에 반원기둥 형상의 구조물을 제작하여 판스프링 가이드와 선 접촉을 할 수 있게 하였으며, 판스프링 가이드 좌우에 지지 구조물을 설치하여 예압을 줄 수 있도록 제작하였다.
- 향상시키는 방법을 제안한다. 그래서 레이저 가공 정밀도와 가공속도를 고려해서 초음파 진동 장치를 개발하였고 실제 레이저 가공을 수행하여서 초음파로 인한 가공표면의 특징을 비교 분석하였다.
- lOOnm의 가공 성능을 갖는다. 그러므로 가공정밀도의 저하를 막기 위해서 초음파 구조물의 진동시의 횡축진폭을 lOOnm 이하로 선정하였다. 그리고 가공 시에 생기는 가공표면의 거칠기, 레이저의 초점심도, 초음파 구동 한계를 고려하여 3㎛ 이상의 가공 깊이 방향의 진폭을 선정하였다.
- 레이저는 IPG사의 20W pulsed fiber laser-f- 사용하였고, 스캐너는 ScanLab사의 SCANGINE을 사용하였다. 그리고 LINOS사의 F-theta lens를 이용하여 작업거 리 256mm의 초점크기 30㎛조건에서 실험을 수행하였다. 레이저 가공 조건은 Table 2와 같이 선정 하였는데, 각조건에 따른 영향을 관찰하기 위해서 레이저의 발진속도는5kHz, 10kHz로 선정 하였고 출력은 0.
- 그러므로 가공정밀도의 저하를 막기 위해서 초음파 구조물의 진동시의 횡축진폭을 lOOnm 이하로 선정하였다. 그리고 가공 시에 생기는 가공표면의 거칠기, 레이저의 초점심도, 초음파 구동 한계를 고려하여 3㎛ 이상의 가공 깊이 방향의 진폭을 선정하였다. 또한, 레이저의 발진속도가 최소 2kHz이기 때문에 초음파 진동이 이보다 빠른 초음파 영역(20kHz 이상)으로 선정 하였다.
- 나노 입자의 성장과 가장 큰 연관성이 있는 공정 변수는 Pulse energy이기 때문에 이들의 상관관계를 분석하기 위하여 Fig. 4와 같이 하ulse 리iergy만 다르게 한 조건에서 실험을 수행하였다. Fig.
- 그리고 LINOS사의 F-theta lens를 이용하여 작업거 리 256mm의 초점크기 30㎛조건에서 실험을 수행하였다. 레이저 가공 조건은 Table 2와 같이 선정 하였는데, 각조건에 따른 영향을 관찰하기 위해서 레이저의 발진속도는5kHz, 10kHz로 선정 하였고 출력은 0.3, 0.5, 1.0ml에서 실험 하였다. 레이저 가공을 위한 시편은 KS규격에서 STC-3 로 구분되는 탄소공구강 재질의 300㎛ 판재를 10mmx20mm 의 크기로 절단해 사용하였으며, 초음파 진동 구조물의 상판에 접착시켜서 고정하였다.
- 10㎛이고 수평방향으로는 4㎛이다. 수평방향의 진폭을 감소시키기 위해서 BLT에 판스프링 형태의 가이드를 결합하여 예압을 주는 구조로 설계하였으며, 두 구조물 사이의 수평 방향 상대운동을 용이 하게 하기위해서 선 접촉을 하도록 설계하였다. Fig.
- 그러나 일반적으로 구조물이 공진이 발생할 때에는 진동 방향성이 저하되기 때문에 공진 시 진동의 방향성을 갖게 할 수 있는 가이드가 필요하다. 이러한 설계 개념을 바탕으로 Fig. 1과 같이 공진을 할 수 있는 진동 구조물을 BLT진동자를 사용하기로 하였다.
- 발생한다. 특히, 레이저 가공 중 Plasma 형성에서 가장 절대적인 영향을 미치는 인자는 레이저의 Pulse energy이기 때문에 다양한 출력 조건에 따른 가공 표면의 싱태를 비교해 보았다. 그 결과, 레이저의 출력이 높을수록 초음파 진동을 가해준 효과가 저하되었고, 이를 극복하기 위해선 보다 큰 진폭과 보다 높은 진동수를 만족하는 초음파 진동이 요구될 것이다.
대상 데이터
- BLT는 (주)듀라소닉의 IBL 4535D-28HB로서, 28kHz의공진주파수를 갖고 있으며, 이때 끝단에서의 진폭은 축 방향으로 10㎛이고 수평방향으로는 4㎛이다. 수평방향의 진폭을 감소시키기 위해서 BLT에 판스프링 형태의 가이드를 결합하여 예압을 주는 구조로 설계하였으며, 두 구조물 사이의 수평 방향 상대운동을 용이 하게 하기위해서 선 접촉을 하도록 설계하였다.
- 0ml에서 실험 하였다. 레이저 가공을 위한 시편은 KS규격에서 STC-3 로 구분되는 탄소공구강 재질의 300㎛ 판재를 10mmx20mm 의 크기로 절단해 사용하였으며, 초음파 진동 구조물의 상판에 접착시켜서 고정하였다.
- 그러므로 지그를 정반에 고정하였고 직선 가공을 하기 위해서 레이저 스캐너를이용하였다. 레이저는 IPG사의 20W pulsed fiber laser-f- 사용하였고, 스캐너는 ScanLab사의 SCANGINE을 사용하였다. 그리고 LINOS사의 F-theta lens를 이용하여 작업거 리 256mm의 초점크기 30㎛조건에서 실험을 수행하였다.
성능/효과
- Drilling, Turning, Milling, EDM 등기존의 다양한 가공 분야에서 가공 시 발생하는 열 영향을 최소화하고 표면 조도를 개선하며 가공속도를 향상시키기위해서, 초음파 진동을 응용하고자 하는 노력들을 꾸준히 시도해왔다.(2) 위의 가공에 초음파를 적용했을 때, 일반적으로 가공정밀도가 향상되고, 초음파 진동으로 인해서 열의 집중을 분산시킴으로 인해서 열영향 영역이 줄어드는 효과가 있다는 것이 이미 밝혀졌다. 또한, 그로 인해서 가공표면의 잔류응력이 줄어들고, 재료의 미세구조에 변형이 생기지 않으며, 가공 표면이 향상된다.
- 실험을 통하여 학인한 결과, 본 초음파 응용 가공법은 나노초 레이저 가공에 있어서 나노 입자 형성 억지 및 표면 조도 향상에 효과가 있었다. SEM으로 촬영하여 미세 표면을 관찰한 결과 초음파 진동을 가한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 입자의 크기도 작고, 단위 면적당 입자의 수도 작은 것을 알 수 있었다.
- 그러므로 상대적으로 높은 Pulse energy로 가공할 때는 그에 알맞게 열전달을 향상시켜 주어야 한다. 결론적으로, Pulse energy가 큰 조건일수록 초음파의 진폭과 주파수를 증가해야 한다.
- 제안하였다. 실험을 통하여 학인한 결과, 본 초음파 응용 가공법은 나노초 레이저 가공에 있어서 나노 입자 형성 억지 및 표면 조도 향상에 효과가 있었다. SEM으로 촬영하여 미세 표면을 관찰한 결과 초음파 진동을 가한 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 입자의 크기도 작고, 단위 면적당 입자의 수도 작은 것을 알 수 있었다.
- 그리고 BLT 자체의 공진 주파수와 비교 했을 때 전체 진동 구조의 공진 주파수와 약 3kHz 정도 차이가 있는 것은 판스프링 가이드와 선접촉에 의한 것으로 판단된다. 이로서 요구 되는 설계 기준을 만족하는 것을 확인하였다.
- 4의 (a)와 같이 레이저 출력이 높은 경우, 초음파 진동의 효과가 두드러지지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, Pulse energy7} 높은 조건에선 용융 상태에 있는 나노 입자 간의 결합이 저하시켜 표면 조도를 향상시키는 효과가 크지 않았다.
- 하지만 20, 000배의 고배율로 확대 한 그림에서는 초음파 진동을 가했을 때와 가하지 않았을 때의 표면 조도의 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 초음파를 가하면 표면 입자의 크기가 일반 레이저 가공 때보다 작아지고 균일해 지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 전체 가공표면에서 동일하게 나타난다.
후속연구
- 특히, 레이저 가공 중 Plasma 형성에서 가장 절대적인 영향을 미치는 인자는 레이저의 Pulse energy이기 때문에 다양한 출력 조건에 따른 가공 표면의 싱태를 비교해 보았다. 그 결과, 레이저의 출력이 높을수록 초음파 진동을 가해준 효과가 저하되었고, 이를 극복하기 위해선 보다 큰 진폭과 보다 높은 진동수를 만족하는 초음파 진동이 요구될 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.