레이저 가공에서 빔변수가 미치는 영향에 관한 연구 = A Study on the Effects of Beam Parameters on Laser Machining
레이저 가공시 조사되는 레이저 빔의 특성을 나타내는 변수 - 예를 들면, 빔의 형상, 초점면과 소재사이의 거리, 빔 강도 분포, 빔의 발산각, 실제 빔이 퍼져가는 양상이 이상적인 Gaussian 빔에 비해 얼마나 큰지를 나타내는 beam quality factor 등 - 이 가공결과에 큰 영향을 미치는 것은 경험적으로 잘 알려져 있다. 특히 원적외선 레이저로 천공, 에칭 또는 엑사이머 레이저로 ablation 가공을 수행할 때는 이러한 빔특성 변수의 영향이 극대화된다. 본 연구에서는 중요한 빔특성 변수의 영향을 가능한 독립시켜 정성적 및 정량적으로 파악하기 위해 연속발진 모드의 레이저빔 사용시 열전도에 의한 손실을 고려하였으며, 문제를 단순화해 빔 또는 가공소재의 상대적인 움직임이 없는 천공 (또는 에칭제거)의 경우에 대하여, 수치모사를 통해 여러 가지 빔 변수의 변화가 가공결과에 미치는 영향을 살펴보았다. 레이저 빔의 초점의 위치를 표면에서 멀리하면 가공깊이는 감소하게 되며, 같은 간격일 때는 소재의 내부에 위치시키는 것이 다소 유리하다. 또한 빔의 발산각이 작고, beam quality factor 값이 1에 가까울수록 깊은 가공을 얻을 수 있음을 파악하였다.
In laser machining such as drilling with CO_2 or Nd:YAG laser, and etching or ablation with Excimer laser, one of the most important parameters affecting the machining results is known to be beam characteristics. In this paper a study is performed through a numerical simulation with the appropriate model to investigate the effects of beam parameters qualitatively and quantitatively, especially in the process of laser drilling of ceramics and ceramic composites. Results of different beam conditions reveal that the machined hole becomes deeper as (ⅰ) the beam divergence gets smaller,(ⅱ) beam quality factor approaches unity, and (ⅲ) beam focus lies nearer to the surface of the workpiece.
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