항공우주, 반도체, 의료 및 에너지 산업의 급속한 발전은 중요한 부품의 성능 요구 사항을 크게 증가 시켰습니다.따라서 절단 기술 및 처리 장비의 지속적인 혁신을 촉진합니다.전통적인 기계 절단과 비교하면 레이저 절단은 정확성, 효율성 및 환경 호환성 측면에서 주목할만한 장점을 제공합니다.이 장점은 기계적 스트레스없이 접촉하지 않는 물질 제거를 포함한다., 유연한 제조를위한 광범위한 재료 적응성, 프로그래밍 가능한 제어로 가능 한 높은 처리 효율성, 레이저 절단 대면적 및 고 정밀 응용 프로그램에 적합합니다.
펄스 기간에 따라 레이저 소스는 연속 파동 레이저, 긴 펄스 레이저, 짧은 펄스 레이저 및 초단 펄스 레이저로 분류 할 수 있습니다.연속파 및 긴 펄스 레이저는 높은 처리 속도를 제공하지만 일반적으로 광범위한 열 영향을받는 구역 (HAZ) 과 재조각 층을 유발합니다.프레모세컨드 레이저와 같은 초단 펄스 레이저는 이론적으로 물질을 플라즈마로 직접 변환함으로써 "냉면 처리"를 달성할 수 있습니다.물질 제거 효율은 여전히 제한적입니다.특히 대규모 산업용 용도로 나노초 펄스 레이저는 저렴한 비용과 더 높은 절제 효율을 제공합니다.하지만 그것들은 근본적으로 열과정이고 종종 전형적인 열 결함을 초래합니다.미세 균열과 재조직 층을 포함하여. 페르모초초 레이저 처리조차도 높은 반복 속도와 높은 에너지 밀도에서 무시 할 수없는 열 효과를 나타낼 수 있습니다.
건조 레이저 가공의 본질적인 열 제한을 극복하기 위해 연구자들은 물 보조 레이저 기술을 도입했습니다.물 제트 가이드 레이저 (WJGL) 가 처리하는 것은 레이저 에너지 전달과 고속 물 제트를 통합하는 독특한 하이브리드 기술입니다.이 기본 개념은 1990년대 초에 처음 제안되었고, 이후 시노바가 체계적인 개발과 상용화를 통해 레이저 마이크로젯 (LMJ) 시스템이 등장했습니다.WJGL는 잘라에 성공적으로 적용되었습니다금속, 깨지기 쉬운 결정 물질, 다이아몬드, 세라믹 및 복합 물질의 굴착 및 굴착.
이 논문은 WJGL 절단 기술, 작동 원리, 레이저·물 결합 메커니즘, 재료 제거 프로세스 및 에너지 전송 동작을 포함하여 포괄적인 검토를 제공합니다.금속의 최근 응용 발전, 깨지기 쉬운 결정, 복합 물질에 대해 비판적으로 논의됩니다.또한 WJGL 기술의 기초 연구와 산업적 구현에 대한 체계적인 지침을 제공하기 위해 기술적 과제와 미래의 개발 추세를 분석합니다..
물 제트 가이드 레이저 처리는 레이저 가공과 고속 물 제트의 장점을 결합하여 전통적인 드라이 레이저 절단과 비교하여 독특한 이점을 제공합니다.물 제트는 보조 가스 흐름을 대체하고 동시에 레이저 파도 안내자로 사용됩니다.레이저 파장이 목표 물질에 흡수될 수 있는 한, WJGL는 초고고고 부서지기 쉬운또는 열에 민감한 재료, 전기 전도성 여부에 관계없이.
건조 레이저 처리와 달리, WJGL의 레이저 에너지의 상당 부분은 직 직물 안에 있는 것이 아니라 물 제트 안에 분산된다.물 제트 지속적으로 레이저 펄스 사이의 절단 가장자리를 냉각, 효과적으로 열 축적, 잔류 스트레스 및 HAZ 형성을 억제합니다. 게다가 물 제트의 높은 운동 에너지 밀도는 녹은 물질의 효율적인 제거를 가능하게합니다.부드러운 절단 벽을 만들어 붓지 않는, 재배치된 잔해와 구멍.
물 제트가 작업 조각 표면에 가하는 기계적 힘은 매우 작습니다 (일반적으로 0.1 N 이하), 기존 레이저 처리에서 발견되는 것보다 현저히 낮습니다.그 결과, WJGL는 본질적으로 최소한의 기계적 손상을 가진 비접촉 공정입니다. 추가 장점에는 확장 된 작업 거리, 큰 초점 깊이, 높은 측면 비율 절단 기능,일반적으로 25 ~ 150 μm의 미세한 크프 너비.
WJGL는 물과 공기 사이의 굴절 지수 차이에 의존하여 광섬유 전송과 유사하게 물과 공기 인터페이스에서 전체 내부 반사를 통해 레이저 에너지를 안내합니다.레이저 빔이 전체 내부 반사점의 결정각보다 작은 각도로 안정적인 마이크로 물 제트에 주입되면, 레이저는 작업 조각 표면에 도달 할 때까지 최소한의 분차로 물 기둥을 따라 전파됩니다.
전형적인 WJGL 시스템은 레이저와 광학 모듈, 고압 물 공급 장치, 보호 가스 모듈 및 결합 헤드 네 가지 주요 하위 시스템으로 구성됩니다.초순수 (ultra-pure water) 는 압력 (pressurized) 을 받으며 (5~80 MPa) 10~200μm 지름의 마이크로 노즐을 통해 배출된다., 안정적이고 털 같은 물 제트를 형성합니다. 노즐은 일반적으로 마모와 열 손상을 견딜 수 있도록 사피르, 루비 또는 다이아몬드로 만들어집니다.레이저 빔은 광학 창문과 렌즈를 통해 노즐 입구에 정확하게 집중, 효율적인 수류에 결합을 보장합니다.
집중 레이저 빔을 마이크로 워터 제트로 효율적으로 결합시키는 것은 WJGL의 중요한 요구 사항입니다. 첫째,레이저 점 지름은 에너지 손실과 노즐 손상을 방지하기 위해 노즐 구멍보다 작아야 합니다.둘째, 집중선선의 각분포는 물과 공기의 인터페이스에서 전체 내부 반사 조건을 만족시켜야 한다.
물 제트 내부의 레이저 전파는 제트 축에 대한 궤도에 따라 남침선선 및 기울기선으로 분류 될 수 있습니다. 일반적으로 두 가지 결합 전략이 사용됩니다:펌프 입구에서 근장 결합과 외부 물 제트에 있는 먼장 결합근장 결합은 더 큰 수용 각과 더 작은 초점으로 제공하지만 노즐 내부에서 열 장애를 겪을 수 있습니다.원장 결합은 더 엄격한 기하학적 제약의 비용으로 열 효과를 완화합니다..
WJGL에서 물질 제거는 순환 레이저/물 상호 작용 과정을 통해 발생합니다. 처음에는 고속 물 제트가 작업 조각 표면에 영향을 미치며 얇은 물 필름을 형성합니다.물 제트 에 의해 인도 되는 레이저 펄스 는 물질 표면 에 에너지 를 전달 한다, 흡수 된 에너지가 열으로 변환되어 지역적 녹음과 증발을 유발합니다.
증기나 플라즈마의 급속한 형성은 후퇴압과 충격파를 발생시킵니다.용액 물질을 깎아 내리고 재조직층 형성을 억제합니다.주변 물 환경은 플라즈마 플러임을 제한하고 충격파를 물질로 돌리면서 절제 효율을 높여줍니다.녹은 물질이 씻겨집니다.이 반복적인 가열/냉각 순환은 최소한의 열 손상을 가진 고품질 가공을 가능하게 합니다.
수류체 내에서 고전력 레이저 전송은 필연적으로 흡수, 산란 및 라만 산란과 같은 비선형 광학적 효과로 인한 에너지 손실을 포함합니다.실험 및 수치적 연구는 레이저 전력 저하가 전송 길이와 레이저 전력으로 증가한다는 것을 보여주었습니다짧은 파장 (예를 들어, 532 nm) 은 일반적으로 적외선 파장 (예를 들어, 1064 nm) 에 비해 물에서 더 높은 전송 효율을 나타냅니다.
전자기학, 열전달,그리고 유체역학은 빔 지름의 증가는 분리를 줄이고 전체 내부 반사 조건의 위반으로 인한 에너지 손실을 완화 할 수 있음을 밝혀 냈습니다.그러나, 물 제트에서 고전력 레이저 전파에 대한 포괄적 인 이해는 여전히 제한적입니다.에너지 공급 효율을 최적화하기 위해 추가 실험 검증과 이론 모델링이 필요합니다..
WJGL는 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 티타늄 합금 및 니켈 기반 초합금과 같은 금속의 정밀 절단에 널리 적용되었습니다.WJGL는 HAZ 두께를 현저하게 감소시킵니다.일반적으로 절단 속도가 낮지만, WJGL는 우수한 표면 무결성, 부드러운 절단 벽 및 최소한의 열 왜곡을 생산합니다.항공우주 및 의료용으로 중요한.
실리콘, 사파이어, 갈륨 아르세나이드, 다이아몬드 등 단단하고 부서지기 쉬운 재료는 전통적인 방법을 사용하여 기계가 특히 어렵습니다.우수한 가장자리 품질을 가진 낮은 칩링 절단반도체 웨이퍼 조각 및 사파이어 기판 가공에서, WJGL는 높은 절단 효율, 부드러운 측면 벽과 최소한의 지하 손상을 입증했습니다.소형 전자제품 및 광 전자제품 제조에 매우 적합합니다..
CFRP, 알루미늄 매트릭스 복합재 및 세라믹 매트릭스 복합재와 같은 고급 복합재는 WJGL 처리에서 크게 이익을 얻습니다.레이저 절제 및 물 냉각 결합 효과적 인 절단, 섬유를 끌어내리고, 매트릭스 균열.실험 결과는 WJGL가 마른 레이저 또는 기계적 절단 방법과 비교하여 최소한의 열 분해와 우수한 표면 품질로 높은 면 비율 절단을 달성 할 수 있음을 나타냅니다..
WJGL 기술은 장점에도 불구하고 여러 가지 과제에 직면합니다. 물 제트 내부의 레이저 에너지 저감은 특히 고전력 애플리케이션에서 처리 효율성을 제한합니다.대체 가이드 매체 나 최적화 된 물 화학 에 대한 더 많은 연구 는 에너지 손실 을 줄이는 데 도움 이 될 수 있다물 제트의 소형화는 더 높은 정확성을 위해 필수적이지만 제트 안정성과 결합 효율성에 도전을 제기합니다.신속하고 정확한 레이저와 물 정렬, 표준화 된 프로세스 제어 방법론은 혁신을 요구하는 핵심 영역으로 남아 있습니다.
WJGL의 적용을 다이아몬드, 쿼츠 유리, 사파이어,그리고 첨단 세라믹은 또한 처리 매개 변수와 보조 기술의 체계적인 최적화를 요구.
이 리뷰는 물 제트 가이드 레이저 절단 기술의 원칙, 물질 제거 메커니즘 및 응용 진전을 체계적으로 요약합니다.독특한 레이저와 물 상호 작용 메커니즘으로 인해, WJGL는 처리하기 어려운 다양한 재료에 대해 고정도, 낮은 손상 가공을 가능하게합니다.그리고 환경 오염을 줄이는, 반도체 제조 및 의료기기 제조.
제트 안정성, 에너지 전송 효율성, 장비 복잡성 등과 관련된 과제는 여전히 남아 있지만, 레이저 기술, 유체 제어,그리고 시스템 통합은 WJGL 성능을 더욱 향상시킬 것으로 예상됩니다.학계와 산업계의 지속적인 협력을 통해 WJGL는 초정밀 제조의 주류 기술로 자리매김 할 것입니다.차세대 첨단 기술 산업의 증가 수요를 지원.
항공우주, 반도체, 의료 및 에너지 산업의 급속한 발전은 중요한 부품의 성능 요구 사항을 크게 증가 시켰습니다.따라서 절단 기술 및 처리 장비의 지속적인 혁신을 촉진합니다.전통적인 기계 절단과 비교하면 레이저 절단은 정확성, 효율성 및 환경 호환성 측면에서 주목할만한 장점을 제공합니다.이 장점은 기계적 스트레스없이 접촉하지 않는 물질 제거를 포함한다., 유연한 제조를위한 광범위한 재료 적응성, 프로그래밍 가능한 제어로 가능 한 높은 처리 효율성, 레이저 절단 대면적 및 고 정밀 응용 프로그램에 적합합니다.
펄스 기간에 따라 레이저 소스는 연속 파동 레이저, 긴 펄스 레이저, 짧은 펄스 레이저 및 초단 펄스 레이저로 분류 할 수 있습니다.연속파 및 긴 펄스 레이저는 높은 처리 속도를 제공하지만 일반적으로 광범위한 열 영향을받는 구역 (HAZ) 과 재조각 층을 유발합니다.프레모세컨드 레이저와 같은 초단 펄스 레이저는 이론적으로 물질을 플라즈마로 직접 변환함으로써 "냉면 처리"를 달성할 수 있습니다.물질 제거 효율은 여전히 제한적입니다.특히 대규모 산업용 용도로 나노초 펄스 레이저는 저렴한 비용과 더 높은 절제 효율을 제공합니다.하지만 그것들은 근본적으로 열과정이고 종종 전형적인 열 결함을 초래합니다.미세 균열과 재조직 층을 포함하여. 페르모초초 레이저 처리조차도 높은 반복 속도와 높은 에너지 밀도에서 무시 할 수없는 열 효과를 나타낼 수 있습니다.
건조 레이저 가공의 본질적인 열 제한을 극복하기 위해 연구자들은 물 보조 레이저 기술을 도입했습니다.물 제트 가이드 레이저 (WJGL) 가 처리하는 것은 레이저 에너지 전달과 고속 물 제트를 통합하는 독특한 하이브리드 기술입니다.이 기본 개념은 1990년대 초에 처음 제안되었고, 이후 시노바가 체계적인 개발과 상용화를 통해 레이저 마이크로젯 (LMJ) 시스템이 등장했습니다.WJGL는 잘라에 성공적으로 적용되었습니다금속, 깨지기 쉬운 결정 물질, 다이아몬드, 세라믹 및 복합 물질의 굴착 및 굴착.
이 논문은 WJGL 절단 기술, 작동 원리, 레이저·물 결합 메커니즘, 재료 제거 프로세스 및 에너지 전송 동작을 포함하여 포괄적인 검토를 제공합니다.금속의 최근 응용 발전, 깨지기 쉬운 결정, 복합 물질에 대해 비판적으로 논의됩니다.또한 WJGL 기술의 기초 연구와 산업적 구현에 대한 체계적인 지침을 제공하기 위해 기술적 과제와 미래의 개발 추세를 분석합니다..
물 제트 가이드 레이저 처리는 레이저 가공과 고속 물 제트의 장점을 결합하여 전통적인 드라이 레이저 절단과 비교하여 독특한 이점을 제공합니다.물 제트는 보조 가스 흐름을 대체하고 동시에 레이저 파도 안내자로 사용됩니다.레이저 파장이 목표 물질에 흡수될 수 있는 한, WJGL는 초고고고 부서지기 쉬운또는 열에 민감한 재료, 전기 전도성 여부에 관계없이.
건조 레이저 처리와 달리, WJGL의 레이저 에너지의 상당 부분은 직 직물 안에 있는 것이 아니라 물 제트 안에 분산된다.물 제트 지속적으로 레이저 펄스 사이의 절단 가장자리를 냉각, 효과적으로 열 축적, 잔류 스트레스 및 HAZ 형성을 억제합니다. 게다가 물 제트의 높은 운동 에너지 밀도는 녹은 물질의 효율적인 제거를 가능하게합니다.부드러운 절단 벽을 만들어 붓지 않는, 재배치된 잔해와 구멍.
물 제트가 작업 조각 표면에 가하는 기계적 힘은 매우 작습니다 (일반적으로 0.1 N 이하), 기존 레이저 처리에서 발견되는 것보다 현저히 낮습니다.그 결과, WJGL는 본질적으로 최소한의 기계적 손상을 가진 비접촉 공정입니다. 추가 장점에는 확장 된 작업 거리, 큰 초점 깊이, 높은 측면 비율 절단 기능,일반적으로 25 ~ 150 μm의 미세한 크프 너비.
WJGL는 물과 공기 사이의 굴절 지수 차이에 의존하여 광섬유 전송과 유사하게 물과 공기 인터페이스에서 전체 내부 반사를 통해 레이저 에너지를 안내합니다.레이저 빔이 전체 내부 반사점의 결정각보다 작은 각도로 안정적인 마이크로 물 제트에 주입되면, 레이저는 작업 조각 표면에 도달 할 때까지 최소한의 분차로 물 기둥을 따라 전파됩니다.
전형적인 WJGL 시스템은 레이저와 광학 모듈, 고압 물 공급 장치, 보호 가스 모듈 및 결합 헤드 네 가지 주요 하위 시스템으로 구성됩니다.초순수 (ultra-pure water) 는 압력 (pressurized) 을 받으며 (5~80 MPa) 10~200μm 지름의 마이크로 노즐을 통해 배출된다., 안정적이고 털 같은 물 제트를 형성합니다. 노즐은 일반적으로 마모와 열 손상을 견딜 수 있도록 사피르, 루비 또는 다이아몬드로 만들어집니다.레이저 빔은 광학 창문과 렌즈를 통해 노즐 입구에 정확하게 집중, 효율적인 수류에 결합을 보장합니다.
집중 레이저 빔을 마이크로 워터 제트로 효율적으로 결합시키는 것은 WJGL의 중요한 요구 사항입니다. 첫째,레이저 점 지름은 에너지 손실과 노즐 손상을 방지하기 위해 노즐 구멍보다 작아야 합니다.둘째, 집중선선의 각분포는 물과 공기의 인터페이스에서 전체 내부 반사 조건을 만족시켜야 한다.
물 제트 내부의 레이저 전파는 제트 축에 대한 궤도에 따라 남침선선 및 기울기선으로 분류 될 수 있습니다. 일반적으로 두 가지 결합 전략이 사용됩니다:펌프 입구에서 근장 결합과 외부 물 제트에 있는 먼장 결합근장 결합은 더 큰 수용 각과 더 작은 초점으로 제공하지만 노즐 내부에서 열 장애를 겪을 수 있습니다.원장 결합은 더 엄격한 기하학적 제약의 비용으로 열 효과를 완화합니다..
WJGL에서 물질 제거는 순환 레이저/물 상호 작용 과정을 통해 발생합니다. 처음에는 고속 물 제트가 작업 조각 표면에 영향을 미치며 얇은 물 필름을 형성합니다.물 제트 에 의해 인도 되는 레이저 펄스 는 물질 표면 에 에너지 를 전달 한다, 흡수 된 에너지가 열으로 변환되어 지역적 녹음과 증발을 유발합니다.
증기나 플라즈마의 급속한 형성은 후퇴압과 충격파를 발생시킵니다.용액 물질을 깎아 내리고 재조직층 형성을 억제합니다.주변 물 환경은 플라즈마 플러임을 제한하고 충격파를 물질로 돌리면서 절제 효율을 높여줍니다.녹은 물질이 씻겨집니다.이 반복적인 가열/냉각 순환은 최소한의 열 손상을 가진 고품질 가공을 가능하게 합니다.
수류체 내에서 고전력 레이저 전송은 필연적으로 흡수, 산란 및 라만 산란과 같은 비선형 광학적 효과로 인한 에너지 손실을 포함합니다.실험 및 수치적 연구는 레이저 전력 저하가 전송 길이와 레이저 전력으로 증가한다는 것을 보여주었습니다짧은 파장 (예를 들어, 532 nm) 은 일반적으로 적외선 파장 (예를 들어, 1064 nm) 에 비해 물에서 더 높은 전송 효율을 나타냅니다.
전자기학, 열전달,그리고 유체역학은 빔 지름의 증가는 분리를 줄이고 전체 내부 반사 조건의 위반으로 인한 에너지 손실을 완화 할 수 있음을 밝혀 냈습니다.그러나, 물 제트에서 고전력 레이저 전파에 대한 포괄적 인 이해는 여전히 제한적입니다.에너지 공급 효율을 최적화하기 위해 추가 실험 검증과 이론 모델링이 필요합니다..
WJGL는 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 티타늄 합금 및 니켈 기반 초합금과 같은 금속의 정밀 절단에 널리 적용되었습니다.WJGL는 HAZ 두께를 현저하게 감소시킵니다.일반적으로 절단 속도가 낮지만, WJGL는 우수한 표면 무결성, 부드러운 절단 벽 및 최소한의 열 왜곡을 생산합니다.항공우주 및 의료용으로 중요한.
실리콘, 사파이어, 갈륨 아르세나이드, 다이아몬드 등 단단하고 부서지기 쉬운 재료는 전통적인 방법을 사용하여 기계가 특히 어렵습니다.우수한 가장자리 품질을 가진 낮은 칩링 절단반도체 웨이퍼 조각 및 사파이어 기판 가공에서, WJGL는 높은 절단 효율, 부드러운 측면 벽과 최소한의 지하 손상을 입증했습니다.소형 전자제품 및 광 전자제품 제조에 매우 적합합니다..
CFRP, 알루미늄 매트릭스 복합재 및 세라믹 매트릭스 복합재와 같은 고급 복합재는 WJGL 처리에서 크게 이익을 얻습니다.레이저 절제 및 물 냉각 결합 효과적 인 절단, 섬유를 끌어내리고, 매트릭스 균열.실험 결과는 WJGL가 마른 레이저 또는 기계적 절단 방법과 비교하여 최소한의 열 분해와 우수한 표면 품질로 높은 면 비율 절단을 달성 할 수 있음을 나타냅니다..
WJGL 기술은 장점에도 불구하고 여러 가지 과제에 직면합니다. 물 제트 내부의 레이저 에너지 저감은 특히 고전력 애플리케이션에서 처리 효율성을 제한합니다.대체 가이드 매체 나 최적화 된 물 화학 에 대한 더 많은 연구 는 에너지 손실 을 줄이는 데 도움 이 될 수 있다물 제트의 소형화는 더 높은 정확성을 위해 필수적이지만 제트 안정성과 결합 효율성에 도전을 제기합니다.신속하고 정확한 레이저와 물 정렬, 표준화 된 프로세스 제어 방법론은 혁신을 요구하는 핵심 영역으로 남아 있습니다.
WJGL의 적용을 다이아몬드, 쿼츠 유리, 사파이어,그리고 첨단 세라믹은 또한 처리 매개 변수와 보조 기술의 체계적인 최적화를 요구.
이 리뷰는 물 제트 가이드 레이저 절단 기술의 원칙, 물질 제거 메커니즘 및 응용 진전을 체계적으로 요약합니다.독특한 레이저와 물 상호 작용 메커니즘으로 인해, WJGL는 처리하기 어려운 다양한 재료에 대해 고정도, 낮은 손상 가공을 가능하게합니다.그리고 환경 오염을 줄이는, 반도체 제조 및 의료기기 제조.
제트 안정성, 에너지 전송 효율성, 장비 복잡성 등과 관련된 과제는 여전히 남아 있지만, 레이저 기술, 유체 제어,그리고 시스템 통합은 WJGL 성능을 더욱 향상시킬 것으로 예상됩니다.학계와 산업계의 지속적인 협력을 통해 WJGL는 초정밀 제조의 주류 기술로 자리매김 할 것입니다.차세대 첨단 기술 산업의 증가 수요를 지원.
