KR20100118429A - 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법 - Google Patents

레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100118429A
KR20100118429A KR1020090037274A KR20090037274A KR20100118429A KR 20100118429 A KR20100118429 A KR 20100118429A KR 1020090037274 A KR1020090037274 A KR 1020090037274A KR 20090037274 A KR20090037274 A KR 20090037274A KR 20100118429 A KR20100118429 A KR 20100118429A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
gas
sample
gas pulse
injected
Prior art date
Application number
KR1020090037274A
Other languages
English (en)
Inventor
이용훈
오명규
최성철
최대식
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020090037274A priority Critical patent/KR20100118429A/ko
Publication of KR20100118429A publication Critical patent/KR20100118429A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법을 제공한다. 레이저를 이용한 가공 장치는 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서, 레이저를 방출하고, 시료에 집속하기 위한 레이저부, 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하기 위한 가스펄스부 및 레이저부 및 가스펄스부를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서 비교적 간편하게 가공 장치를 구현할 수 있으며, 레이저 가공 신호를 증대시켜 가공 효율을 높일 수 있다.
가공, 레이저, 가스펄스, 분위기 가스

Description

레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법{Apparatus of Processing by using Laser and Method of the same}
본 발명은 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용한 미세 가공 장치 및 레이저를 이용한 미세 가공 방법에 관한 것이다.
레이저를 이용한 가공이란 시료를 원하는 형상으로 가공하기 위하여 레이저를 활용하여 시료를 어블레이션(ablation)시키는 것을 말한다. 특히, 미세 가공을 하고자 하는 경우에 레이저를 활용한 가공 방법이 많이 사용되고 있다. 레이저를 이용한 가공 방법은 일반적으로 109 - 1011 W/cm2의 에너지를 시료에 집속시켜 시료를 구성하는 물질을 어블레이션(ablation)시키는 방법을 통하여 시료에 대한 가공을 한다.
일반적으로 레이저가 시료에 조사될 때, 레이저의 에너지에 따라 공기가 플라스마로 변화되어 레이저의 진행을 방해하는 효과를 발생시킬 수 있는데, 이는 레이저를 이용한 시료의 가공에 방해 요소로 작용할 수 있다. 즉, 일반적인 레이저를 이용한 미세 가공 방법은 공기가 레이저의 에너지를 이용하여 플라스마 형태로 변화되는 문제점이 있다. 이에 대하여 챔버(chamber)를 이용하는 방법이 있을 수 있으나, 챔버를 이용함에 따라 추가적인 장치가 필요하다는 문제점은 피할 수 없을 것이다.
본 발명의 목적은 레이저를 이용한 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저를 이용한 가공 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 장치는 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서, 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하기 위한 레이저부; 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스(Gas)를 제공하는 가스펄스를 분사하기 위한 가스펄스부; 및 상기 레이저부 및 상기 가스펄스부를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 레이저부는 상기 레이저를 방출하기 위한 레이저 방출기; 및 상기 방출된 레이저를 상기 시료에 집속하기 위한 광학기;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 레이저 방출기는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)를 이용하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스는 상기 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스인 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스펄스부는 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 제어부는 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저부에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 제어부는 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저부에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가공 방법은 레이저를 이용한 가공 방법에 있어서, 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하는 단계; 및 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스는 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스인 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스펄스를 분사하는 단계에서 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 레이저는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법에 따르면, 비교적 간편하게 가공 장치를 구현할 수 있으며, 레이저 가공 신호를 증대시켜 가공 효율을 높일 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접 속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 가공 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 가공 장치는 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서, 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하기 위한 레이저부; 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하기 위한 가스펄스부; 및 상기 레이저부 및 상기 가스펄스부를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 레이저부(110)는 상기 레이저를 방출하기 위한 레이저 방출기(111); 및 상기 방출된 레이저를 상기 시료에 집속하기 위한 광학기(112);를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 레이저부(110)는 상기 시료에 도달하여 시료를 어블레이션(ablation)시키기 위한 레이저를 방출 및 집속하는 역할을 할 수 있다.
상기 레이저 방출기(111)는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)를 이용하는 것일 수 있으며, 일반적으로, 야그 레이저는 야그(YAG)결정을 사용한 레이저로서, 고체 레이저 중에서 가장 널리 보급되어 있는 것이다. 레이저의 파장은 1064 nm를 기본으로 하여 조화파(harmonic wave)를 사용할 수 있다. 또한, 광섬유 전송에 적합한 특징을 가지며, 미세 가공 등의 다양한 방면에 사용되고 있다.
상기 광학기(112)는 레이저 방출기(111)에서 방출된 레이저를 시료에 집속하기 위한 역할을 할 수 있으며, 일반적으로 렌즈 및 거울 등으로 구성된다. 레이저의 진행 방향을 바꾸기 위하여 거울이 사용될 수 있으며, 시료의 근처에서 레이저 를 집속하기 위한 용도로 렌즈가 사용될 수 있다. 집속을 통하여 시료에서 빛에너지를 집중시켜 시료를 어블레이션(ablation)시킬 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 가스펄스부(120)는 분위기 가스를 정해진 시간구간 동안 펄스의 형태로 분사하는 것으로서, 시료를 챔버에서 가공시키는 것과 유사한 효과를 내기 위한 것일 수 있다. 상기 가스펄스부(120)에서 분사되는 가스펄스에서의 가스는 상기 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스일 수 있다. 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스들은 원자량이 작을수록 플라스마가 되기 위한 문턱에너지가 공기보다 높고, 원자량이 클수록 상기 문턱에너지가 공기보다 낮은 특징이 있다.
상기 가스펄스부(120)는 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다. 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있다. 이 경우에 레이저에 의한 공기 플라스마의 발생을 억제할 수 있고, 시료 표면에 도달되는 레이저 에너지를 증대할 수 있으며, 결과적으로, 시료를 어블레이션시키는 효율이 증대될 수 있을 것이다. 또한, 상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다.
위와 같은 상기 가스펄스부(120)의 동작을 통하여 레이저를 이용한 가공 장 치에서 레이저에 의하여 상기 시료에서 발생되는 플라스마와 상기 가스펄스의 겹침을 공간적으로 제어할 수 있고, 이에 따라 보다 효율적인 시료 가공 효과를 얻을 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 제어부(130)는 상기 레이저부(110) 및 상기 가스펄스부(120)를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 것으로서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저부(110)에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것일 수 있다. 이에 따라, 상기 레이저부(110)에서 방출된 레이저가 가스펄스의 분위기 내에서 시료에 도달할 수 있게 될 것이다. 특히 분사되는 가스펄스가 안정한 분포를 유지하는 시간구간에 레이저가 방출되어야 보다 높은 효율을 얻을 수 있을 것이다.
예를 들면, 상기 가스펄스부(120)에서의 가스펄스 분사가 5ms 동안 지속되며, 이 중에서 안정한 가스펄스가 분사되는 구간이 초기와 종기의 구간을 제외한 2ms 내지 4ms 구간이라면, 상기 레이저부(110)에서 레이저를 방출하는 것을 상기 시간구간(2ms 내지 4ms)에 포함되어야 효율적인 레이저에 대한 분위기가 조성될 수 있을 것이다. 더불어, 레이저의 방출 시간이 10ns라면, 상기 가스펄스의 안정한 분위기 내에서 상기 레이저에 의하여 시료가 어블레이션될 수 있고, 이에 따라 시료가 가공될 수 있을 것이다.
추가적으로 시료의 위치를 변경시키면서 레이저를 이용하여 가공하기 위한 용도로 시료 이동장치(140)를 구비하며, 상기 시료 이동장치(140)는 직교좌표계 상의 x, y 및 z 축 상으로 이동이 가능하고 회전이동도 가능할 수 있을 것이다. 상기 시료 이동장치의 상부에 시료(150)가 놓이게 될 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사된 가스펄스의 펄스 파형을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사된 가스펄스의 펄스 파형은 초기 1ms 까지는 펄스의 분사 시작에서 기인한 이유로 불안정한 상태의 가스펄스를 분사할 수 있고, 유사한 이유에 기인하여 가스펄스의 종료 전 1ms 동안에도 불안정한 상태의 가스펄스가 분사될 수 있다. 따라서 가스펄스는 1ms 내지 3ms 동안에만 안정한 상태의 가스펄스의 분사가 있을 것이다. 여기에서는 아르곤(Ar) 가스를 사용하였으나, 다른 불활성 기체인 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나도 상기와 같이 가스펄스 형태로 분사가 가능할 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 이용한 시료 가공에서 가스펄스의 위치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 알루미늄 시료에 대하여 플라스마의 발광에 따른 알루미늄 원소의 전이선의 측정값을 그래프로 볼 수 있다. 여기에서 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 헬륨(He)을 가스펄스로 이용하였다. 상기 알루미늄 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있으므로, 상기 알루미늄 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시켜 가스펄스의 분사 위치를 형성할 수 있을 것이다. 가 스펄스의 분사 위치를 낮게 형성한 경우와 가스펄스의 분사 위치를 높게 형성한 경우를 비교하면 파장이 394.5nm인 위치에서 공기 중에서 약 0.3의 알루미늄 시료의 플라스마 발광 측정값을 갖는 것에 비하여 각각 0.4 및 0.7의 알루미늄 시료의 플라스마 발광 측정값을 갖는 것을 볼 수 있다. 결국, 동일한 조건의 분위기 가스펄스를 이용하더라도 가스펄스의 분사 위치에 따라 다른 측정값이 나타남을 알 수 있다. 여기에서 분위기 가스로 헬륨(He)을 이용하였지만, 다른 불활성 기체인 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나도 상기와 같이 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 조절함에 따라 그래프에서 비슷한 특징을 나타낼 수 있다는 것은 당업자에게 있어서 자명할 것이다. 여기에서, 상기 그래프는 시료의 어블레이션에 의하여 발생되는 플라스마의 발광을 측정한 것이지만, 가속 속도의 향상을 위한 간접적인 지표로서 활용될 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 이용한 시료 가공을 설명하기 위한 비교 예시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 이용하면서 레이저를 이용하여 시료 가공을 한 경우와 가스펄스를 이용하지 아니하고 공기 중에서 레이저를 이용하여 시료 가공을 한 경우를 비교할 수 있을 것이다. 간접적으로 각각의 경우에서 시료의 어블레이션에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 측정한 그래프를 참조하면서 시료에 가공된 상태를 보면, 가스펄스를 이용하면서 레이저를 이 용하여 가공한 경우가 가공된 크기와 깊이가 모두 우수함을 알 수 있다. 즉, 가스펄스를 이용하는 것에 의하여 동일한 조건에서 가공 속도가 향상됨을 알 수 있다.
여기에서 분위기 가스로 헬륨(He)을 이용하였지만, 상술한 바와 마찬가지로 다른 불활성 기체인 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나도 상기와 같이 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 조절함에 따라 그래프에서 비슷한 특징을 나타낼 수 있다는 것은 당업자에게 있어서 자명할 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 가공 방법은 레이저를 이용한 가공 방법에 있어서, 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하는 단계; 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하는 단계; 및 상기 시료에서 상기 레이저에 의하여 발생된 플라스마의 발광을 검출하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하는 단계(S510)에서 상기 가스는 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지가 공기보다 높은 가스일 수 있으며, 상기 가스는 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스일 수 있으며, 상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나일 수 있다.
더불어, 상기 가스펄스를 분사하는 단계(S510)에서 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다. 즉, 상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것일 수 있고, 상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것일 수 있다.
이는 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리에 따른 가공 특징을 파악하기 위한 것으로 특징의 파악에 따라 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 보다 효율적으로 조절할 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하는 단계(S520)에서 상기 레이저는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)인 것일 수 있다. 방출되고 집속된 레이저는 시료를 어블레이션 시켜 시료를 가공할 수 있게 될 것이다. 여기에서, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있으며, 더불어, 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것일 수 있다.
예를 들면, 상기 가스펄스 분사가 5ms 동안 지속되며, 이 중에서 안정한 가스펄스가 분사되는 구간이 초기와 종기의 구간을 제외한 2ms 내지 4ms 구간이라면, 상기 레이저를 방출하는 것을 상기 시간구간(2ms 내지 4ms)에 포함되어야 효율적인 레이저에 대한 분위기가 조성될 수 있을 것이다. 더불어, 레이저의 방출 시간이 10ns라면, 상기 가스펄스의 안정한 분위기의 시간구간 내에서 상기 레이저에 의하여 시료가 어블레이션될 수 있고, 이에 따라 시료가 가공될 수 있을 것이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 가공 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분사된 가스펄스의 펄스 파형을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 이용한 시료 가공에서 가스펄스의 위치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스펄스를 이용한 시료 가공을 설명하기 위한 비교 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용한 가공 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110: 레이저부 111: 방출기
112: 광학기 120: 가스펄스부
130: 제어부 140: 시료 이동장치
150: 시료

Claims (19)

  1. 레이저를 이용한 가공 장치에 있어서,
    상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하기 위한 레이저부;
    상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스(Gas)를 제공하는 가스펄스를 분사하기 위한 가스펄스부; 및
    상기 레이저부 및 상기 가스펄스부를 제어하기 위한 제어신호를 제공하는 제어부;를 포함하여 구성되는 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저부는 상기 레이저를 방출하기 위한 레이저 방출기; 및
    상기 방출된 레이저를 상기 시료에 집속하기 위한 광학기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 레이저 방출기는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)를 이용하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 상기 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스인 것을 특징으로 하 는 가공 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스펄스부는 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증가시키는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저부에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저부에서 레이저가 방출되도록 제어신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  11. 레이저를 이용한 가공 방법에 있어서,
    상기 시료 주위에 정해진 시간구간 동안 분위기 가스를 제공하는 가스펄스를 분사하는 단계; 및
    상기 레이저를 방출하고, 시료에 집속하는 단계;를 포함하여 구성되는 가공 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가스펄스가 분사되는 정해진 시간구간 중에서 상기 가스펄스가 안정하게 분사되는 시간구간 내에 상기 레이저가 방출되는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 가스는 시료와의 반응성이 낮은 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 가공 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 가스는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar) 및 크립톤(Kr) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 가공 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 가스펄스를 분사하는 단계에서 상기 시료의 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 변화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스가 공기보다 높은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 증 가시키는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 가스가 공기보다 낮은 플라스마가 되기 위한 문턱 에너지를 갖는 경우에 상기 시료 표면으로부터 상기 분사되는 가스펄스의 중심까지의 수직 거리를 감소시키는 것을 특징으로 하는 가공 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 레이저는 네오디뮴(Nd, Neodymium) 야그 레이저(YAG Laser)인 것을 특징으로 하는 가공 방법.
KR1020090037274A 2009-04-28 2009-04-28 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법 KR20100118429A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090037274A KR20100118429A (ko) 2009-04-28 2009-04-28 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090037274A KR20100118429A (ko) 2009-04-28 2009-04-28 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100118429A true KR20100118429A (ko) 2010-11-05

Family

ID=43404741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090037274A KR20100118429A (ko) 2009-04-28 2009-04-28 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100118429A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105531073A (zh) * 2013-06-28 2016-04-27 通快激光与系统工程有限公司 用于机械加工、尤其用于机械焊接加工的方法，以及过程气体供应的调整装置用的控制装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105531073A (zh) * 2013-06-28 2016-04-27 通快激光与系统工程有限公司 用于机械加工、尤其用于机械焊接加工的方法，以及过程气体供应的调整装置用的控制装置
US10399173B2 (en) 2013-06-28 2019-09-03 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laser welding of workpieces by machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1972040B (zh) 利用纤维激光器切割不锈钢的方法
CN1972039B (zh) 利用纤维激光器切割碳锰钢的方法
JP2021010017A (ja) レーザ衝撃ピーニング処理において使用するための方法および装置
EP1586408A2 (en) System for laser drilling of shaped holes
US20130153554A1 (en) Fibre optic laser machining equipment for etching grooves forming incipient cracks
KR101272407B1 (ko) 레이저 가공 장치, 레이저 광원 장치, 및, 레이저 광원 장치의 제어 방법
WO2007090051A3 (en) Method and system for high-speed precise laser trimming and scan lens for use therein
JP2016516584A (ja) テーパ制御のためのビーム角度とワークピース移動の連係方法
WO2011123449A2 (en) Laser systems and methods using triangular-shaped tailored laser pulses for selected target classes
IT201600070441A1 (it) Procedimento di lavorazione laser di un materiale metallico con controllo ad alta dinamica degli assi di movimentazione del fascio laser lungo una predeterminata traiettoria di lavorazione, nonché macchina e programma per elaboratore per l&#39;attuazione di un tale procedimento.
WO2014145305A1 (en) Laser emission-based control of beam positioner
JP2011003630A (ja) レーザ照射装置、及びレーザ照射方法
JP2011014685A (ja) レーザ照射装置、及びレーザ照射方法
KR20120081350A (ko) 워터젯을 겸비한 레이저 가공 장치
RU2693239C2 (ru) Лазерные системы для сверления отверстий в медицинских устройствах
KR20100118429A (ko) 레이저를 이용한 가공 장치 및 레이저를 이용한 가공 방법
WO2002027872A1 (en) High-peak-power laser device and application to the generation of light in the extreme ultraviolet
JP2019104046A5 (ko)
JP2010075953A (ja) レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法
WO2019156183A1 (ja) 加工装置、加工方法、及び透明な基板
US20170189992A1 (en) Black sub-anodized marking using picosecond bursts
WO2023052549A2 (en) Cutting a substrate or preparing a substrate for cleaving
FR3036050A1 (fr) Dispositif de traitement laser et station de travail comportant un tel dispositif
JP2003053579A (ja) レーザ加工装置及び加工方法
JP4695363B2 (ja) 単一ヘッド式レーザによる高スループットレーザショックピーニング

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application