산업용 레이저의 정의와 종류에 따른 특징

산업용 레이저란 광원과 렌즈를 이용해서 빛을 증폭시켜 특정 파장의 에너지를 가진 광선을 만드는 장치입니다.

산업용 레이저의 정의와 종류에 따른 특징

 

이러한 산업용 레이저는 다양한 분야에서 활용되고 있으며 우리 생활 속에서도 쉽게 찾아볼 수 있답니다.

 

예를 들어 의료분야에서는 수술 시 절개부위를 최소화하거나 출혈 없이 치료하기 위해 쓰이고 있고, 반도체 생산 공정에서는 웨이퍼 표면 가공 등 정밀한 작업을 수행하는데 쓰입니다.

이처럼 광범위하게 쓰이는 레이저지만 아직까지는 대중에게 친숙한 장비는 아닙니다.

그래서 이번 기회에 여러분께 산업용 레이저에 대해 소개해드리고자 합니다.

 

산업용 레이저의 정의 1

산업용 레이저저란 단일파장의 단색광(monochromatic light)으로서 광학계를 통과하면서 여러 가지 색깔로

분리되는 현상 없이 고유의 색깔을 가지는 빛을 말합니다.

 

즉, 다른 물질과의 상호작용 없이 한가지 종류의 파장만을 방출하는 특성을 가지고 있죠.

 

따라서 레이저광은 매우 높은 직진성을 가지며 빔의 폭이 좁고 강도가 높아 멀리서도 선명하게 보입니다.

또한 같은 양의 에너지를 공급했을 때 생성되는 출력밀도가 높기 때문에 소형화가 가능하며 열 발생량이 적어 냉각장치가 비교적 단순하다는 장점이 있습니다.

 

산업용 레이저의 종류에 따른 특징

산업용 레이저는 크게 연속발진형인 CO2 laser와 펄스발진형인 Nd:YAG laser로 나눌 수 있습니다.

먼저 CO2 laser는 1064nm의 파장을 갖는 고체상태의 이산화탄소 가스를 매질로 하여 발진시키는 레이저로서 주로 금속가공 및 비금속 절단 용도로 사용됩니다.

 

다음으로 Nd:YAG laser는 532nm의 파장을 갖는 고체상태의 YAG 결정체를 매질로 하여 발진시키는 레이저로서 주로 플라스틱류의 용접 또는 커팅 용도에 사용됩니다.

 

산업용 레이저 종류에 따른 CO2 laser와 Nd:YAG laser의 차이점

산업용 CO2 laser와 Nd:YAG laser 모두 고출력이며 우수한 품질을 갖고 있지만 각각의 장단점이 존재합니다.

 

우선 CO2 laser는 넓은 범위의 재료들을 대상으로 효율적인 가공이 가능하지만 수분 흡수율이 높고 수명이 짧다는 단점이 있습니다.

 

반면 Nd:YAG laser는 짧은 시간 동안 집중적인 가열이 가능하므로 미세한 부분까지도 정교하게 가공할 수 있으나 고온에서의 장시간 사용 시 변형될 위험이 있습니다.

두 레이저 모두 훌륭한 성능을 자랑하지만 각 소재별로 적합한 레이저가 따로 있으므로 이를 고려하여 선택해야 합니다.

 

산업용 레이저 다이오드

산업용 Laser diode는 P-N 접합 다이오드의 일종으로 p-n접합면에 레이저광을 조사하면 전자와 정공이 재결합되면서 n층 내에 축적되어 있던 전하들이 외부 회로로 흘러나가 전류가 흐르게 됩니다.

이때 흐르는 전류의 크기에 따라 발광다이오드나 포토다이오드로 구분되며 동작 원리는 동일합니다.

 

다만 입력 전압 대비 출력전압 비율이 달라지는데, 통상 1V당 100mA 이상의 전류가 흐를 경우 LED라고 하며 이하의 전류가 흐를 경우 Photo Diode라고 합니다.

 

산업 장치 산업용 레이저 종류중 포토다이오드의 응용분야

포토다이오드는 적외선 영역의 가시광선을 검출함으로써 물체의 온도변화를 감지할 수 있습니다. 특히 자동차 엔진룸 내부의 과열 여부를 판단한다든지 화재발생 지점을 파악하는 데 유용하게 쓰이는데요. 최근에는 카메라 모듈로도 많이 사용되고 있습니다.

 

산업용 레이저란 단어 그대로 산업현장에서 쓰이는 레이저입니다.

주로 용접과 절단 등 다양한 용도로 활용되고 있으며 최근에는 의료기기로도 많이 쓰이고 있다고 해요.

하지만 아직까지는 우리에게 익숙하지 않은 분야라서 생소하게 느껴질 텐데요,

그래서 이번 포스팅에서는 산업용 레이저에 대해 알아보고자 합니다.

 

산업 장치 산업용 레이저의 어원

레이저(Laser)는 라틴어인 lasius (빛) + ergon (짓다) 의 합성어로 빛을 만드는 도구라는 뜻이에요.

19세기 초 독일의 물리학자 빌헬름 콘라드 뢴트겐이 X-ray 를 발견하면서 세상에 처음 알려지게 되었습니다. 이후 1940년대 미국의 과학자 존 폰 노이만 박사가 반도체 칩 제조공정에 응용하기 위해 개발하였고, 이를 계기로 본격적으로 연구되기 시작했습니다.

 

산업용 레이저의 특징

일반적으로 레이저는 파장이 짧을수록 에너지가 강한데요, 따라서 산업용 레이저는 1~10μm 사이의 파장을 가진 레이저를 의미합니다. 이 중에서도 10μm 이하의 파장을 가진 레이저를 나노레이저라고 하는데, 현재 대부분의 산업용 레이저는 나노레이저랍니다. 또한 높은 출력을 낼 수 있고 정밀도와 반복성이 뛰어나다는 장점이 있어요.

 

산업 장치 산업용 레이저 용도

가장 대표적인 용도는 역시나 금속 가공이죠. 위 사진처럼 철판을 자르거나 구멍을 뚫는 작업등에 이용됩니다.

 

이외에도 유리가공, 세라믹 가공, 섬유 및 플라스틱 가공, 인쇄 등등 여러 가지 공정에 폭넓게 쓰인다고 하네요.

특히 자동차 부품 생산업체들이 많은 울산지역 같은 경우에는 현대자동차 공장 근처에 위치한 업체들을 중심으로 활발하게 운영되고 있다고 합니다.

 

지금까지 산업용 레이저에 대해 알아보았는데요, 앞으로는 일상생활 속에서도 자주 접할 수 있었으면 좋겠습니다. 

 

산업용 레이저란 금속가공 및 용접 등 다양한 분야에서 활용되는 고출력 레이저입니다.

최근 4차 산업혁명과 더불어 스마트팩토리 구축시 필수적인 요소 중 하나로 각광받고 있으며, 특히 제조업 기반의 우리나라에서는 더욱 주목받는 기술이기도 합니다.

 

이러한 산업용 레이저 시장 규모는 2020년 약 7조 원 이상 성장할 것으로 전망되고 있으나, 아직 국내 기업들이 해당시장에서의 점유율은 높지 않은 상황입니다. 따라서 본 포스팅에서는 현재 국내외 주요 기업 현황 분석을 통해 향후 발전 방향성을 제시하고자 합니다.

 

산업 장치 산업용 레이저 정의 2

산업용 레이저빔이란 유도방출에 의해 증폭된 빛에너지로서 물질과의 상호작용을 통해 열효과나 광화학반응을 일으키는 에너지라고 정의할 수 있습니다.

 

이 때 발생하는 강력한 빛 에너지는 물질의 원자들을 들뜨게 하여 기체상태로부터 고체상태로 변화시키는 과정을 일으키는데 이를 ‘광증폭’이라고 하며, 이때 방출되는 빛을 ‘레이저 빔’이라고 합니다.

 

또한 레이저 광선은 파장별로 구분되는데, 가시광선 영역에서부터 적외선영역까지의 모든 파장 범위 내에서 연속적으로 생성됩니다.

 

국내외 주요 업체별 산업용 레이저 특징

현재 세계 각국의 대표적인 업체로는 미국의 Applied Materials, 일본의 Kyocera, 독일의 Bosch Rexroth, 중국의 Fotonics 등이 있습니다. 각 회사마다 고유의 강점을 가지고 있지만, 공통적으로는 높은 수준의 품질관리 시스템을 보유하고 있다는 점이며, 일부회사는 특정분야에만 집중함으로써 전문성을 확보하고 있습니다.

 

산업용 레이저의 향후전망

최근 정부에서도 적극적으로 지원하고 있는 만큼 앞으로의 미래가 기대되는 사업임에는 틀림없습니다.

다만 기존 경쟁사와의 차별화 전략 수립 시 반드시 고려해야 하는 사항은 다음과 같습니다.

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첫째, 고객사의 요구사항 파악 둘째, 자사만의 특화된 장점 부각 셋째, 글로벌 트렌드 반영 넷째, 지속적인 연구개발 투자 다섯째, 원가절감 노력 여섯째, 신뢰성 향상 일곱째, A/S 강화 여덟째, 신규사업 진출 아홉째, 해외진출 확대 마지막으로 위 내용을 종합하여 마케팅 계획 수립해야 한다.

 

 

산업용 레이저의 정의와 종류에 따른 특징