[논문]레이저 빔과 방전 복합 가공을 이용한 미세 홈 가공

김산하; 정도관; 김보현; 오광환; 정성호; 주종남

레이저 빔과 방전 복합 가공을 이용한 미세 홈 가공
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김산하 (서울대학교 기계항공공학부) , 정도관 (서울대학교 기계항공공학부) , 김보현 (안동대학교 기계공학부) , 오광환 (광주과학기술원 정보기전공학부) , 정성호 (광주과학기술원 정보기전공학부) , 주종남 (서울대학교 기계항공공학부)

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 기계적 공구가 요구되지 않는 나노초 펄스 레이저 빔을 이용하여 고속으로 선-가공 한 후 정교한 형상 가공이 가능한 방전 가공으로 후-가공하는 레 이저 빔/방전 복합 가공을 이용하여 미세 홈을 가공하였다. 또한 이를 기존 방전 가공과 레이저 빔 가공의 가공 특성과 비교함으로써 복합 가공의 가공 성능과 효율 향상 여부를 살펴보았다.

제안 방법

Fig. 5 에 가공 중 단계별 가공 깊이를 80 µm 에서 40 µm, 20 µm, 10 µm, 5 µm 로 변화시켜 가공한 미세 홈의 단면을 80 µm 의 일정한 가공 깊이로 가공한 미세 홈과 비교하였다.
따라서 본 연구에서는 기계적 공구가 요구되지 않는 나노초 펄스 레이저 빔을 이용하여 고속으로 선-가공 한 후 정교한 형상 가공이 가능한 방전 가공으로 후-가공하는 레 이저 빔/방전 복합 가공을 이용하여 미세 홈을 가공하였다. 또한 이를 기존 방전 가공과 레이저 빔 가공의 가공 특성과 비교함으로써 복합 가공의 가공 성능과 효율 향상 여부를 살펴보았다.
레이저를 이용한 선-가공은 펄스 빔이 3 mm 의 직선경로를 왕복하여 수행되었고, 방전을 이용한 후-가공은 공구 전극 이 500 µm 의 직선경로를 20 µm 의 단계별 가공 깊이로 왕복하여 가공되었다.
미세 홈의 선-가공을 위해 파장 1064 nm, 펄스폭 150 ns 의 특성을 가지는 IPG Photonics 사의 Yb-doped fiber laser (M2 < 1.05) 를 사용하였으며, 후-가공을 위한 미세 방전 가공은 일반적인 RC(resistor-capacitor) 회로를 이용하여 수행되었다.
6 에 우수한 형상 정밀도를 얻을 수 있는 3 가지 가공 조건을 비교하였다. 복합 가공을 이용하고 방전 가공 중 단계별 가공 깊이를 변화시킴으로써 기존 방전 가공과 비교하여 총 가공 시간을 65.5 % 단축하였다.

대상 데이터

가공 재료는 1 mm 두께의 스테인리스 강(STS 304)이며, 15×15 mm 크기로 절단된 가공물은 먼저 레이저로 선-가공된 후 초음파 세척이 된 다음 미세 방전 가공 시스템에서 후-가공되었다.

성능/효과

또한 기존 방전 가공과 비교하여 작은 방전 가공량으로 인하여 총 가공 시간과 전극 마모량을 단축시 킬 수 있다. 또한 방전 가공 중 단계별 가공 깊이를 변화 시킴으로써 가공 효율을 효과적으로 개선하였다.
복합 가공의 경우 기존 방전가공보다 총 가공시간은 37 % 감소하였고, 전극 마모량은 50 % 감소한 것을 확인할 수 있다.

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