KR101358332B1 - 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법 - Google Patents

레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 금속 표면을 폴리싱하는 공정에 관한 것이다. 이 공정은 금속 표면에 산화방지를 위한 코팅제를 도포하여 코팅막을 형성하는 단계, 코팅된 금속 표면에 금속 표면의 융용이 일어나도록 레이저 빔을 조사하는 단계, 용융 후 금속 표면의 코팅막을 제거하는 단계를 포함하고 있다.

Description

레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법{METHOD FOR POLISHING METAL SURFACE BY USING LASER}
본 발명은 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법에 관한 것이다.
폴리싱(polishing)은 연마작업의 최종 단계에서 생긴 1~10㎛ 정도의 표면홈과 표면의 변형층을 제거하고, 보다 우수한 표면조도를 얻기 위해 행하는 공정을 의미한다. 이러한 폴리싱에는 기계적 방법, 전기적 방법, 화학적 방법이 있다.
생산 공정에 있어서 금형의 표면 거칠기(Surface roughness)는 최종 제품의 품질 및 성능을 좌우하는 대표적 변수로서 이를 향상시키기 위해서는 폴리싱(polishing)공정이 필요하다.
주로 산업계에서는 파우더를 이용한 기계적 폴리싱이 시행되어 왔지만, 금형과 같은 3차원 형상의 폴리싱은 수작업에 의하는 것이 일반적이어서 정밀한 공정이 어려울 뿐 아니라 폴리싱 공정시 오랜 시간이 소요되는 문제가 있었다.
이를 개선하기 위해 레이저를 이용한 폴리싱 공정이 제시되기 시작하였으며, 레이저 폴리싱은 기존 기계적 폴리싱에 비해 자동화가 용이하고 가공시간이 짧으며, 연마제 또는 휠과 같은 소모품이 필요하지 않아 오염물의 발생이 적은 장점이 있다.
레이저 폴리싱은 대면적 어블레이션(polishing by large-area ablation), 국부적 어블레이션(polishing by locallzed ablation) 그리고 용융에 의한 폴리싱(polishing by melting)으로 구분된다. 이중 용융에 의한 폴리싱 방법은 레이저가 고출력화, 고속화됨에 따라 주목받고 있는 레이저를 이용한 폴리싱 방법이다.
일반적으로, 용융에 의한 폴리싱의 경우 레이저 빔을 금속 표면에 조사하는 동안 발생할 수 있는 금속 표면의 산화를 방지하기 위해 불활성 가스가 고압으로 충진된 폴리싱 챔버내에서 폴리싱 공정이 행해진다.
도 1은 일반적인 용융에 의한 레이저 폴리싱 공정이 이루어지는 장치를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면 폴리싱 챔버(12)내에 폴리싱 공정시 발생하는 금속표면(17)의 산화 방지를 위해 불활성 가스가 고압으로 충진되고, 챔버(12) 외부에서 레이저 빔(11)이 금속 표면(17)에 조사되어, 금속 표면(17)이 용융되고 그 후 응고됨에 따라 금속 표면의 경면화(鏡面化)가 이루어진다.
그러나, 이러한 폴리싱 공정에 의할 경우 챔버크기에 의한 작업 공간의 제약이 있어 피가공물의 크기나 움직임이 제한될 뿐 아니라 불활성가스를 고압 충진하기 위한 별도의 장치가 필요한 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폴리싱 챔버를 필요로 하지 않는 레이저를 이용한 용융에 의한 폴리싱 공정을 제공하여, 폴리싱 공정시 작업 공간이 제약되지 않고, 시편의 크기나 움직임의 제한되지 않는 레이저를 이용한 폴리싱 공정을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 동일한 가공장치, 예를 들어 머시닝 센터, 내에서 밀링 공정등의 금속 가공 공정과 폴리싱 공정을 병행할 수 있는 수단을 제공하기 위한 것이다.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 금속 표면에 산화방지를 위한 코팅제를 도포하여 코팅막을 형성하는 단계와, 상기 코팅된 금속 표면에 금속 표면의 융용이 일어나도록 레이저 빔을 조사하는 단계, 및 용융 후 상기 금속 표면의 상기 코팅막을 제거하는 단계를 포함하는 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법을 개시한다.
상기 산화방지를 위한 코팅제는 붕사(Na2B4O70H2O), 붕산(H3Bo4), 빙정석(3NaF-AlF3), 산화제일구리(Cu2O) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 금속 표면에 상기 산화방지를 위한 코팅제를 도포하여 코팅막을 형성한 후 코팅막을 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 표면에 상기 코팅막은 상기 산화방지를 위한 코팅제를 스프레이 분사하여 형성될 수 있다.
상기 금속 표면에 상기 코팅막은 상기 산화방지를 위한 필름을 부착하여 형성될 수 있다.
본 발명의 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법은 별도의 폴리싱 챔버나 불활성 가스 주입장치 없이도 레이저를 이용하여 용융에 의한 금속 표면 폴리싱 방법을 제공할 수 있다.
또한, 시편이 폴리싱 챔버에 의해 제약을 받지 않아, 폴리싱 공정시 시편의 움직임이 제한되지 않을 뿐 아니라, 시편 크기가 폴리싱 챔버 크기에 의해 제한되지 않는다.
또한, 동일한 가공장치, 예를 들어 머시닝센터, 내에서 폴리싱 공정과 코팅막 형성 공정 또는 밀링 공정을 병행할 수 있어 공정에 소요되는 시간, 비용이 절약되어 효율적인 공정 관리가 가능하다.
또한, 산화방지를 위한 코팅제가 흑색계열의 코팅제인 경우 폴리싱 공정 중 금속 표면으로부터 반사되어 손실되는 레이저 빔이 감소하여 금속 표면에 레이저 빔의 흡수율이 증가하는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 용융에 의한 레이저 폴리싱 공정이 이루어지는 장치에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 레이저에 의한 금속 표면 폴리싱 방법에 대한 개략적인 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저에 의한 금속 표면 폴리싱 방법을 설명하기 위한 공정예시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저에 의한 금속 표면 폴리싱 방법에 대한 개략적인 공정도이다.
도 5는 본 발명에 따른 스프레이 분사에 의한 산화방지 코팅막 형성 방법에 대한 개략도이다.
도 6는 본 발명에 따른 필름 부착에 의한 산화방지 코팅막 형성 방법에 대한 개략도이다.
이하, 본 발명과 관련된 레이저를 이용한 금속 표면의 폴리싱 방법의 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 표면의 폴리싱 방법에 대한 개략적인 공정도이다.
본 실시예에 따른 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법은 코팅막 형성 단계(S100), 레이저빔 조사 단계(S200), 코팅막 제거 단계(S300)를 포함한다. 이하, 도 3의 공정예시도를 참고하여 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.
코팅막 형성 단계(S100)는 금속 표면에 산화방지를 위한 코팅막(7a)을 형성하는 단계이다(도 3의 (b) 참조). 이로써, 레이저를 이용한 폴리싱 공정시 금속 표면의 산화방지를 위한 별도의 가공 챔버 없이도 레이저 폴리싱 공정이 가능하다. 폴리싱 챔버가 필요없게 되어 밀링 공정 등 가공 공정 직후 동일한 가공 장치, 예를 들어 머시닝센터, 내에서 폴리싱 공정이 가능하다.
레이저빔 조사 단계(S200)는 금속 표면에 레이저빔(L)을 조사하여 금속 표면을 용융시키는 단계이다(도 3의 (c) 참조). 레이저빔(L)은 레이저 빔 조사기(1)에 의해 조사된다. 레이저 빔 조사기(1)는 시편(P) 상부에 위치하고 이동 및 회전이 가능하여 레이저 빔(L)의 조사 위치를 조정 할 수 있다. 레이저 빔(L) 조사에 의해 금속 표면이 용융되어 용융층(8)이 형성되고, 이후 응고되어 금속 표면의 경면화(鏡面化)가 이루어진다. 본 발명에 사용되는 레이저는 어떤 종류의 레이저도 사용가능하나 레이저 폴리싱에 유리한 근적외선레이저(예: 1064nm)가 바람직하다.
코팅막 제거 단계(S300)는 용융층(8)이 응고된 후, 금속 표면으로부터 코팅막(7b)을 제거하는 단계이다(도 3의 (d) 및 (e) 참조). 코팅막(7b)의 제거는 용융층(8)의 응고 후, 코팅막(7b)에 충격을 주어 금속 표면으로부터 코팅막(7b)을 분리하거나 코팅막(7b)에 세척액을 분사하여 금속 표면으로부터 코팅막(7b)을 분리하는 방법에 의해 이루어 질 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 표면의 폴리싱 방법에 대한 개략적인 공정도이다.
본 실시예에 따른 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법은 코팅막 형성 단계(S100), 코팅막 경화 단계(S150), 레이저빔 조사 단계(S200), 코팅막 제거 단계(S300)를 포함한다.
본 실시예의 금속 표면의 폴리싱 방법은 코팅막 경화 단계(S150)를 제외하고 앞선 실시예에 따른 공정과 동일하고, 동일한 공정에 대한 설명은 앞선 설명에 갈음하기로 한다.
코팅막 경화 단계(S150)는 코팅막 형성 단계(S100) 이후 이루어진다. 코팅막의 경화는 신속한 폴리싱 공정을 위해 열경화에 의하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명에 따른 스프레이 분사에 의한 산화방지 코팅막(7a) 형성 방법에 대한 개략도이다.
본 실시예에서 산화방지를 위한 코팅막(7a)은 고압에 의해 노즐(61)을 통해 금속 표면에 스프레이 분사(S)에 의해 형성되며, 이에 의하면 산화방지를 위한 코팅제의 분사공정이 외부에서 별도의 공정을 거치지 않고, 폴리싱 공정이 이루어지는 장치 내부에서 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 필름 부착에 의한 산화방지 코팅막(7a) 형성 방법에 대한 개략도이다.
본 실시예에서 산화방지를 위한 코팅막(7a)은 산화방지필름(9) 부착에 의해 형성되며, 이에 의하면 코팅막(7a)의 제거단계가 산화방지필름(9)을 제거하는 방식에 의해 이루어지므로 그 공정이 단순해진다.
산화방지를 위한 코팅제로서 붕사(Na2B4O70H2O), 붕산(H3Bo4), 빙정석(3NaF-AlF3), 산화제일구리(Cu2O) 중 어느 하나를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 산화 방지를 위한 코팅제가 흑색계열의 코팅제인 경우에는 폴리싱 공정시 금속 표면의 레이저 빔 흡수율을 상승시켜 금속 표면의 경면화(鏡面化)에 유리하다.
이상에서는 본 발명에 따른 인쇄회로기판 및 그 도금층 형성방법을 첨부한 도면들을 참조로 하여 설명하였으나,　본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다
P : 시편 L : 레이저 빔
1 : 레이저 빔 조사기 5 : 시편 베드
7a : 코팅막 7b : 폴리싱 공정 후 코팅막
8 : 용융층(melting layer) 9 : 산화방지필름
11 : 레이저 빔 조사기 12 : 폴리싱 챔버
14a : 불활성가스 유입구 14b : 불활성가스 유출구
15 : 시편 베드 61 : 분사 노즐

Claims (6)

  1. 금속 표면에 산화방지를 위한 코팅막을 형성하는 단계;
    상기 코팅막의 형성 후 상기 코팅막을 경화하는 단계;
    상기 코팅된 금속 표면에 금속 표면의 융용이 일어나도록 레이저 빔을 조사하는 단계; 및
    상기 금속 표면의 용융 후 상기 금속 표면으로부터 후 상기 코팅막을 제거하는 단계를 포함하는 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅막은 액상의 코팅제를 스프레이 분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅막은 상기 산화방지 필름을 부착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 산화방지를 위한 코팅막은 붕사, 붕산, 빙정석, 산화제일구리 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 산화방지를 위한 코팅막은 흑색 계열의 산화 방지제로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 금속 표면 폴리싱 방법.
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