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문제 정의
- 본 연구에서는 상용 유한요소 해석 프로그램인 DEFORM-3D를 이용해 펄스레이저의 출력에 따라 NAK80 금형강 표면에 미치는 영향을 연구하고자 하였다. 또한 해석 결과를 동일 조건의 실험 결과와 비교분석하여 레이저 표면연마의 해석적 연구의 신뢰성을 검증하고자 하였다.
- 본 연구에서는 상용 유한요소 해석 프로그램인 DEFORM-3D를 이용해 펄스레이저의 출력에 따라 NAK80 금형강 표면에 미치는 영향을 연구하고자 하였다. 또한 해석 결과를 동일 조건의 실험 결과와 비교분석하여 레이저 표면연마의 해석적 연구의 신뢰성을 검증하고자 하였다. 더불어 유한요소해석을 이용한 펄스레이저 표면연마의 적정 가공조건 제시가 가능함을 검토하고자 하였다.
- 또한 해석 결과를 동일 조건의 실험 결과와 비교분석하여 레이저 표면연마의 해석적 연구의 신뢰성을 검증하고자 하였다. 더불어 유한요소해석을 이용한 펄스레이저 표면연마의 적정 가공조건 제시가 가능함을 검토하고자 하였다.
- 본 연구에서는 상용유한요소 해석 프로그램인 DEFORM-3D의 MO(Multiple Operation) 기능을 이용하여 펄스레이저에 의한 표면연마를 시뮬레이션하였다. 해석을 통한 레이저 표면연마의 적정 조건을 제시하기 위한 연구로서, 레이저 출력에 따른 조건이 NAK80 금형강 표면에 끼치는 영향을 연구하고, 이를 동일 조건의 실험과 비교분석하고자 하였다.
- 해석에 적용한 펄스레이저는 370 ㎛의 열원직경에 30 ns의 펄스폭과 50 kHz의 반복주기, 1000 mm/s의 스캔속도로 표면을 연마한다. 펄스레이저의 출력을 변수 조건으로 설정하였으며, 이에 따른 열영향부를 관찰하고자 하였다. 해석에 적용한 펄스레이저의 자세한 조건 및 사양을 Fig.
- 8 mm, 세로 3 mm, 높이 2 mm 인 직각 육면체의 형상이며, 조사된 NAK80의 열적 물성을 적용하였다. 요소 크기는 레이저 열원의 경로를 따라 더욱 조밀하도록 요소분할 하였으며, 이를 통해 해석의 효율성과 결과의 정확성을 높이고자 하였다. 해석에 적용한 모델링 및 열원의 이송경로를 Fig.
- 해석 결과를 동일 조건하에 진행한 실험과 비교분석하여 해석 결과의 신뢰성을 검토하고자 하였다. 이를 위해선 해석 결과에 대한 타당한 분석이 필요하다.
- DEFORM을 통한 표면연마 시뮬레이션과 같이 NAK80 시험편 표면에 레이저를 조건별로 한 줄씩 조사하였다. 실험 결과로서 레이저에 의해 가공된 용융범위를 측정하고 이를 해석 결과와 비교하고자 하였다.
가설 설정
- 레이저 열원 모델은 원기둥 형상의 출력 밀도 분포를 갖는 레이저 빔으로 가정하였다. 실험으로 빔 프로파일을 측정하였고, 이를 근거로 해석에 적용하기 위한 레이저 열원을 모델링하였다.
- 펄스레이저에 의한 표면연마 시뮬레이션에서 소재는 레이저열원에 의해 온도가 점점 증가하며, 1500 ℃가 넘는 범위 내에 소재는 용융되어 NAK 80 금형강의 표면이 연마되었다고 가정한다[9]. 이를 바탕으로 해석 결과로서 용융 폭과 깊이를 측정한다.
- 해석에서 소재의 온도가 1500℃ 이상의 범위를 용융되어 표면이 연마되었다고 가정하였고, 레이저 표면연마 가공조건별로 예측된 용융 깊이와 용융 폭을 측정하였다.
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