KR20170106027A - 레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 금속 플레이트 가공 방법은 레이저를 조사하여 금속 플레이트의 배면에 레이저 조사선들을 형성함으로써 금속 플레이트의 전면에 변형선들을 돌출 형성시키는 금속 플레이트 가공 방법으로서, 상기 금속 플레이트의 중심부를 가로지르도록 설정된 제1 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 사전 결정된 간격마다 레이저를 조사하되, 상기 제1 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제1 레이저 조사선들을 형성하고, 상기 제1 레이저 조사선들을 형성한 후, 상기 제1 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 제1 레이저 조사선들 사이마다 레이저를 조사하되, 상기 제1 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제3 레이저 조사선들을 형성할 수 있다.

Description

레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법{METHOD FOR PROCESSING A METAL PLATE USING LASER}

본 발명은 레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엘리베이터, 도어, 자동차 또는 가전기기 등의 외장재를 구성하는 금속 플레이트의 표면에 고급스러운 미감을 부여하기 위해 각종 이미지의 표면 패턴을 형성할 필요가 있다.

표면 패턴을 금속 플레이트 표면에 구현하기 위한 종래의 방법으로, 에칭에 의한 부식 처리 방법, 프레스에 의한 가압 성형 방법 및 레이저를 이용한 성형 방법 등이 알려져 있다.

에칭에 의한 부식 처리 방법은 금속 표면에 대한 직접 가공 형태로 이루어지기 때문에, 표면의 박리된 부분에 각종 오염 물질이 쌓이거나 끼어 외관이 지저분하게 된다는 문제점이 있고, 프레스에 의한 가압 성형 방법 또한 제조 과정에서 표면의 긁힘이나 변형이 동반되기 때문에 제품 품질의 균일성을 높일 수 없을 뿐만 아니라 제품의 불량율이 매우 크다는 문제점이 있다.

레이저를 이용한 성형 방법에 대해서는 "배면 레이저 가공을 통한 금속 기재의 표면 무늬 형성 방법"이라는 명칭으로 2010년 8월 10일자 출원된 대한민국 등록 특허 제10-1039438호를 예로 들어 설명한다.

도 1은 종래의 레이저 가공 공정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 레이저 가공 공정에 의해 금속 기재가 변형된 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 종래의 레이저 가공 공정에 의해 변형된 금속 기재를 보정하기 위한 보정 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이와 같은 종래의 레이저 가공 공정에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 마킹 기기(3)를 이용하여 금속 모재(1)의 배면(20)에 가공선을 형성함에 의해 금속 모재(1)의 노출 표면(10)에 다양한 패턴 형태의 변형선을 돌출 형성하는 공정이 수행된다. 그러나 금속 모재(1) 상에 레이저를 조사하게 되면, 금속 모재(1)에는 고열이 발생하게 되고, 그 결과 도 2에 나타낸 바와 같이 금속 모재(1)의 뒤틀림이나 휨과 같은 열변형이 수반된다. 이에 따라, 금속 모재(1)의 열변형을 보정하기 위한 보정 공정이 반드시 수행되어야 한다. 보정 공정은, 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 모재(1)의 변형 방향과 반대되는 방향으로 함몰된 요홈부(4)를 가진 보정 금형(5)을 이용하여 변형된 금속 모재(1)를 역 방향으로 가압하는 방식으로 수행된다.

그러나 레이저 가공 시 금속 모재(1)의 변형율이 일정하지 않고 금속 모재(1)의 변형율이 작업 조건 등에 따라 가변하기 때문에, 보정 금형(5)을 이용하여 보정 공정을 수행하여도 설계 기준 조건에 따른 평탄도를 회복하기 어려워 제품의 불량율이 크게 증가할 뿐만 아니라 추가적인 보정 공정으로 인하여 제품 생산성이 크게 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저의 조사에 의해 발생하는 금속 플레이트의 열을 시간적 및/또는 공간적으로 고르게 분산시켜 금속 플레이트의 뒤틀림이나 휨과 같은 열변형을 최대한 억제함으로써 제품의 불량율을 대폭 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 추가적인 보정 공정을 생략할 수 있어 제품의 생산성을 크게 향상시킬 수 있는, 레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 금속 플레이트 가공 방법은 레이저를 조사하여 금속 플레이트의 배면에 레이저 조사선들을 형성함으로써 금속 플레이트의 전면에 변형선들을 돌출 형성시키는 금속 플레이트 가공 방법으로서, 상기 금속 플레이트의 중심부를 가로지르도록 설정된 제1 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 사전 결정된 간격마다 레이저를 조사하되, 상기 제1 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제1 레이저 조사선들을 형성하고, 상기 제1 레이저 조사선들을 형성한 후, 상기 제1 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 제1 레이저 조사선들 사이마다 레이저를 조사하되, 상기 제1 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제3 레이저 조사선들을 형성할 수 있다.

상기 금속 플레이트의 중심부에서 상기 제1 중심 가상선과 교차하도록 설정된 제2 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 사전 결정된 간격마다 레이저를 조사하되, 상기 제2 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제2 레이저 조사선들을 형성하고, 상기 제2 레이저 조사선들을 형성한 후, 상기 제2 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 제2 레이저 조사선들 사이마다 레이저를 조사하되, 상기 제2 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제4 레이저 조사선들을 형성할 수 있다.

상기 제2 레이저 조사선들은 상기 제1 레이저 조사선들이 형성된 후에 그리고 상기 제3 레이저 조사선들이 형성되기 전에 형성되고, 상기 제4 레이저 조사선들은 상기 제3 레이저 조사선들이 형성된 후에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법에 따르면, 레이저의 조사에 의해 발생하는 금속 플레이트의 열을 시간적 및/또는 공간적으로 고르게 분산시켜 금속 플레이트의 뒤틀림이나 휨과 같은 열변형을 최대한 억제시킴으로써 제품의 불량율을 대폭 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 추가적인 보정 공정을 생략할 수 있어 제품의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 레이저 가공 공정을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 종래의 레이저 가공 공정에 의해 금속 기재가 변형된 상태를 나타낸 도면,
도 3은 종래의 레이저 가공 공정에 의해 변형된 금속 기재를 보정하기 위한 보정 공정을 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법의 공정 흐름도를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공 공정을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 금속 플레이트의 배면 상에 제1 및 제2 중심 가상선을 가상으로 설정한 상태를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제1 레이저 조사선들을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제2 레이저 조사선들을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제3 레이저 조사선들을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제4 레이저 조사선들을 나타낸 도면 및
도 11은 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 가공된 다른 실시 예의 표면 패턴을 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면에 나타낸 예시적인 실시 예와 후술하는 상세한 설명을 통해 더욱 명확해질 것이다. 그러나 본 발명의 예시적인 실시 예는 본 발명의 기술사상을 보다 명확하게 설명하기 위해 제공되는 것으로, 본 발명의 권리범위가 이하의 구체적인 특정 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법의 공정 흐름도를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 금속 플레이트 가공 방법은 금속 플레이트 준비 단계(S100), 금속 플레이트 레이저 가공 단계(S200) 및 금속 플레이트 표면 처리 단계(S300)를 포함할 수 있다.

금속 플레이트 준비 단계(S100)는 스테인레스 스틸이나 알루미늄 등으로 이루어진 금속 재질의 사각 플레이트(평판 또는 판재)를 준비하는 단계로 이루어진다. 이 단계(S100)는 금속 플레이트(50)가 원하는 규격(예컨대, 길이 치수, 폭 치수 및 두께 치수 등)을 가지도록 절단하거나 가압하는 프레스(press) 공정 및/또는 금속 플레이트(50)로부터 먼지 등과 같은 이물질을 제거하는 세척 공정을 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 레이저 가공 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 금속 플레이트 레이저 가공 단계(S200)는 레이저 기기(30)를 이용하여 금속 플레이트(50)의 배면(60)에 레이저를 조사하여 그 배면(60)에 레이저 조사선(70)을 형성하고, 그 결과 금속 플레이트(50)의 전면(80)에 변형선(90)을 돌출 형성시키는 공정으로 이루어진다. 금속 플레이트(50)의 전면(80)에 돌출된 변형선(90)은 입체적인 반사면을 구현하여 자연광이나 인조광에 노출되는 경우 여러 각도로 굴절되는 굴절광을 표출함으로써 시각적으로 뛰어난 장식성과 미려한 입체감을 연출할 수 있다.

레이저 기기(30)는 금속 플레이트(50)의 전체 영역에 걸쳐 이동하면서 레이저를 조사할 수 있고 넓은 범위에서 출력 조절이 가능한 이동식 광섬유 레이저(fiber laser)로 구성될 수 있다. 이때, 레이저 헤드(40)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 플레이트(50)의 배면(60)으로부터 1250 밀리미터 내지 1500 밀리미터 사이의 범위 내의 거리만큼 금속 플레이트(50)의 배면(6)으로부터 이격된 상태에서 30°내지 90°의 각도 범위 내의 경사 각도로 레이저를 조사하도록 구성될 수 있다.

이제, 레이저의 조사에 의해 금속 플레이트(50)에 발생하는 열을 시간적 및/또는 공간적으로 분산시켜 금속 플레이트(50)의 뒤틀림이나 휨과 같은 열변형을 억제할 수 있는 레이저 가공 방법에 대하여 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한다.

도 6은 금속 플레이트의 배면 상에 제1 및 제2 중심 가상선을 가상으로 설정한 상태를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 레이저 가공을 위한 일종의 기준선으로서 기능하는 제1 중심 가상선(CL1) 및 제2 중심 가상선(CL2)이 금속 플레이트(50)의 배면(60) 상에 가상적으로 설정된다. 구체적으로 제1 중심 가상선(CL1)은 금속 플레이트(50)의 중심부(C)를 가로지르도록 설정되고, 제2 중심 가상선(CL2)은 금속 플레이트(50)의 중심부(C)에서 제1 중심 가상선(CL1)과 교차하도록 설정된다.

도 7은 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제1 레이저 조사선들을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 제1 레이저 조사선들(71-1,71-2,71-3,71-4,71-5)의 각각은 제1 중심 가상선(CL1)과 평행하며, 레이저 조사에 의해 발생되는 열이 레이저 조사선의 양측으로 전도되면서 소정 시간 경과 후 자연적으로 소산(消散)될 수 있는 거리로 설정된 사전 결정된 간격(D)만큼 서로로부터 이격된다. 이때, 그 간격(D)은 레이저 강도 및/또는 금속 플레이트의 재질에 따라 다르게 설정될 것이다.

제1 레이저 조사선들(71-1,71-2,71-3,71-4,71-5)은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 중심 가상선(CL1)을 기준으로 좌우 교대로 사전 결정된 간격(D)마다 레이저를 조사하되 제1 중심 가상선(CL1)에 가장 가까운 레이저 조사선부터 순차적으로 레이저를 조사하는 방식에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 제1 중심 가상선(CL1)과 가장 가까운 레이저 조사선(71-1)이 형성되고, 이어서 레이저 조사선(71-2), 레이저 조사선(71-3), 레이저 조사선(71-4) 및 레이저 조사선(71-5)이 순차 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제2 레이저 조사선들을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 제1 레이저 조사선들을 형성한 이후, 제2 레이저 조사선들(72-1,72-2,72-3,72-4,72-5)이 제2 중심 가상선(CL2)을 기준으로 좌우 교대로 사전 결정된 간격(D)마다 레이저를 조사하되 제2 중심 가상선(CL2)에 가장 가까운 레이저 조사선부터 순차적으로 레이저를 조사하는 방식에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 제2 중심 가상선(CL2)과 가장 가까운 레이저 조사선(72-1)이 형성되고, 이어서 레이저 조사선(72-2), 레이저 조사선(72-3), 레이저 조사선(72-4) 및 레이저 조사선(72-5)이 순차 형성될 수 있다.

도 9는 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제3 레이저 조사선들을 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 제2 레이저 조사선들을 형성한 이후, 제3 레이저 조사선들(71-6,71-7,71-8,71-9)이 제1 중심 가상선(CL1)을 기준으로 좌우 교대로 제1 레이저 조사선들(71-1,71-2,71-3,71-4,71-5) 사이마다 레이저를 조사하되 제1 중심 가상선(CL1)에 가장 가까운 레이저 조사선부터 순차적으로 레이저를 조사하는 방식에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 제1 중심 가상선(CL1)과 가장 가까운 레이저 조사선(71-6)이 형성되고, 이어서 레이저 조사선(71-7), 레이저 조사선(71-8) 및 레이저 조사선(71-9)이 순차 형성될 수 있다.

도 10은 본 발명의 레이저 가공 공정에 따라 금속 플레이트의 배면 상에 형성한 제4 레이저 조사선들을 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 제3 레이저 조사선들을 형성한 이후, 제4 레이저 조사선들(72-6,72-7,72-8,72-9)이 제2 중심 가상선(CL2)을 기준으로 좌우 교대로 제2 레이저 조사선들(72-1,72-2,72-3,72-4,72-5) 사이마다 레이저를 조사하되 제2 중심 가상선(CL2)에 가장 가까운 레이저 조사선부터 순차적으로 레이저를 조사하는 방식에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 제2 중심 가상선(CL2)과 가장 가까운 레이저 조사선(72-6)이 형성되고, 이어서 레이저 조사선(72-7), 레이저 조사선(72-8) 및 레이저 조사선(72-9)이 순차 형성될 수 있다.

이와 같이 제1 내지 제4 레이저 조사선들은 서로 공간적으로 분리되어 형성되고 시간적으로도 분리되어 형성되기 때문에, 레이저 조사에 의해 발생하는 열을 효과적으로 소산(消散)시켜 금속 플레이트(50)의 뒤틀림이나 휨과 같은 열변형을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 추가적인 보정 공정을 생략할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 레이저 조사선들이 금속 플레이트(50)의 배면(60) 상에 형성되면 금속 플레이트(50)의 전면(80)에는 사각형 형상의 격자 무늬가 돌출 형성되어 시각적으로 뛰어난 장식성과 미려한 입체감을 연출할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예로서, 제1 레이저 조사선들(71-1,71-2,71-3,71-4,71-5)을 형성시킨 후 제3 레이저 조사선들(71-6,71-7,71-8,71-9)을 형성시킬 수 있고, 이어서 제2 레이저 조사선들(72-1,72-2,72-3,72-4,72-5)을 형성시킨 후 제4 레이저 조사선들(72-6,72-7,72-8,72-9)을 형성시킬 수 있다.

마지막으로, 금속 플레이트 표면 처리 단계(S300)에서는 레이저 마킹 방식에 의해 금속 플레이트(50)의 전면(80) 상에 각종 로고나 다양한 형태의 이미지 패턴을 추가로 구현하거나 코팅(coating), 도금, 증착, 도장, 바이브레이션(vibration) 및/또는 비드블라스트(beadblast) 공정에 의해 금속 플레이트(50)를 표면 처리하는 공정이 수행될 수 있다.

도 11은 또 다른 실시 예에 따른 표면 패턴을 나타낸 도면이다. 도 11을 참조하면, 앞서 자세히 설명한 본 발명의 레이저 가공 방법과 동일한 공정을 수행하여 마름모 형상의 격자 무늬를 돌출 형성할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정되거나 변경될 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되고 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 그에 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

30: 레이저 기기
50: 금속 플레이트
60: 배면
70: 레이저 조사선
80: 전면
90: 변형선

Claims (3)

1. 레이저를 조사하여 금속 플레이트의 배면에 레이저 조사선들을 형성함으로써 금속 플레이트의 전면에 변형선들을 돌출 형성시키는 금속 플레이트 가공 방법으로서,
   상기 금속 플레이트의 중심부를 가로지르도록 설정된 제1 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 사전 결정된 간격마다 레이저를 조사하되, 상기 제1 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제1 레이저 조사선들을 형성하고;
   상기 제1 레이저 조사선들을 형성한 후, 상기 제1 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 상기 제1 레이저 조사선들 사이마다 레이저를 조사하되, 상기 제1 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제3 레이저 조사선들을 형성하는
   금속 플레이트 가공 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속 플레이트의 중심부에서 상기 제1 중심 가상선과 교차하도록 설정된 제2 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 사전 결정된 간격마다 레이저를 조사하되, 상기 제2 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제2 레이저 조사선들을 형성하고;
   상기 제2 레이저 조사선들을 형성한 후, 상기 제2 중심 가상선을 기준으로 좌우 교대로 상기 제2 레이저 조사선들 사이마다 레이저를 조사하되, 상기 제2 중심 가상선과 가장 가까운 레이저 조사선부터 레이저를 순차 조사하는 방식으로 제4 레이저 조사선들을 형성하는
   금속 플레이트 가공 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제2 레이저 조사선들은 상기 제1 레이저 조사선들이 형성된 후 그리고 상기 제3 레이저 조사선들이 형성되기 전에 형성되고,
   상기 제4 레이저 조사선들은 상기 제3 레이저 조사선들이 형성된 후에 형성되는
   금속 플레이트 가공 방법.

Images