고정밀 티타늄 합금 가공을 위한 레이저 드릴링 기술-

비커스 경도가 높고 열 전도성이 낮은 티타늄 합금은 공구 마모 가속화, 심각한 열 변형 및 가공 정밀도 저하 등 기존 기계 드릴링에 대한 주목할만한 과제를 제시합니다. 비접촉 가공, 고정밀, 고효율의 장점을 활용한 레이저 드릴링은 티타늄 합금 정밀 가공의 장벽을 뛰어 넘었습니다. 이를 통해 고급-제조를 미크론-수준의 지능형 생산으로 업그레이드할 수 있습니다.

 

 

레이저 드릴링은 티타늄 합금 표면에 고밀도-에너지-밀도 레이저 빔을 집중시켜 재료가 즉시 녹고 기화되어 플라즈마로 변하도록 합니다. 잔류물은 고압 가스에 의해 배출되어 고정밀-구멍을 형성합니다. 그 진보된 특성은 펄스 기술 반복과 처리 모드 최적화의 핵심 혁신을 통해 에너지 및 처리 프로세스의 정밀한 제어에 있습니다.

 

펄스 기술은 나노초에서 피코초, 펨토초 초-초고속 레이저로 발전했습니다. 직접적인 재료 기화를 달성하여 열-영향부(HAZ)를 5μm 미만으로 줄이고 재주조 층과 같은 결함을 방지합니다. 티타늄 합금의 적외선 펨토초 레이저 가공으로 구멍 벽 거칠기(Ra), 구멍 직경 정확도 ±2μm, 반복 위치 정확도 ±1.5μm를 달성하여 고급 제조의 정밀도 요구 사항을 충족합니다-.

 

주류 처리 모드는 충격 드릴링 및 Trepanning 드릴링입니다.

충격 드릴링은 펄스를 통해 깊이를 제어하므로 일반 미세 구멍의 대량 생산에 매우 효율적입니다.{0}}

 

Trepanning 드릴링은 원형 상대 운동을 기반으로 하여 탁월한 구멍 모양과 벽 품질을 달성하고 가로세로비가 50:1을 초과하는 고정밀 구멍을 처리할 수 있습니다.- 5-축 연결 동적 포커싱 및 CCD 시각적 위치 지정 기술과 결합하여 복잡한 곡면 및 경사 각도 45도 이하의 특수한 모양의 구멍을 가공할 수 있으며 구멍 축과 설계된 법선 간의 편차는 1.5도 이하입니다.

 

 

이미지 출처:레이저 드릴링에 대한 sciencedirect

 

 

전통적인 기계식 드릴링 및 방전 가공(EDM)과 비교할 때 레이저 드릴링은 티타늄 합금 정밀 가공에서 "정밀성, 효율성, 유연성 및 환경 친화성"이라는 4가지{0}}하나의 기술 경쟁력을 형성하며 포괄적인 이점을 제공합니다. 핵심 하이라이트는 초-고효율 및 정밀도의 이중 혁신입니다.

 

200kHz 고주파-주파수 펄스와 결합된 고출력 광섬유 레이저는 0.05-0.5초 만에 단일{3}}홀 처리를 가능하게 하며 EDM보다 10-1000배 더 효율적입니다. 항공기 엔진 터빈 블레이드 가공의 생산 능력이 300% 이상 증가했습니다. 초점이 맞춰진 스폿 크기는 15μm 이하, 구멍 직경 정확도는 ±15μm, 진원도는 95% 이상으로 기존 기계 가공보다 훨씬 정밀한 0.001mm~1mm 범위의 미세 구멍을 안정적으로 가공할 수 있습니다.

 

비-접촉 가공 및 완전한 재료 적응성으로 응용 범위 확장: 절삭력으로 인한 변형이 없으며 두께가 0.1-50mm인 티타늄 합금에 적합합니다. 지능적인 파장 전환, 에너지 구배 보상 및 0.2-0.8MPa의 높은-압력 보조 가스를 통해 HAZ가 50μm 이하인 버-및 응력-무농축 스루홀 가공을 실현하며 열 차단 코팅이 적용된 티타늄 합금 부품에 적합합니다.

 

지능화와 친환경 제조는 산업 업그레이드와 일치합니다. 장비는 AI와 실시간 모니터링을 통합하여{0}}처리 매개변수를 동적으로 최적화하고 구멍 직경 적격률을 98%로 높이고 수동 디버깅 시간을 90%까지 줄입니다. 절삭유 대신 최소량 윤활(MQL) 또는 초임계 CO2를 사용하면 폐수 배출량이 90% 이상 감소하고 전기광 변환 효율은 30%를 초과하며 단위 에너지 소비량은 60% 감소하여 고급 제조의 이중 탄소 목표 및 환경 요구 사항을 준수합니다.{7}}

 

 

레이저 드릴링 기술의 성숙한 적용은 항공우주, 의료 기기, 신에너지 차량 및 기타 분야에서 티타늄 합금 부품의 제조 공정을 재편하고 있으며 핵심 핵심 부품의 대량 생산을 위한 핵심 기술 지원이 되고 있습니다.

 

항공우주 분야에서 이 기술은 핫엔드 부품의 제조 한계를 뛰어넘었습니다. 열 차단 코팅이 적용된 티타늄 합금 터빈 블레이드의 냉각 구멍에 대한 펨토초 레이저 처리는 코팅 손상을 방지하고, 냉각 공기 흐름 및 엔진 열 효율의 균일성을 향상시키며, 블레이드 수명을 연장하고, 동체 스킨의 중량 감소 구멍 배열 처리 효율성을 향상시켜 항공기 경량화에 기여합니다.

 

의료기기 분야에서는 정형외과용 임플란트의 3차원 관통-홀 네트워크로 골유착을 촉진하고, 심혈관 스텐트의 미세-홈 가공으로 피로수명을 향상시키며, 인공뼈의 미세홀 가공으로 수술시간을 단축하고 수술 후 청력회복률을 높이는 등 정밀의료를 위한 탄탄한 구조적 기반을 마련합니다.

신에너지 자동차 및 가전제품 분야에서는 제품 경량화 및 성능 업그레이드를 촉진합니다. 동력 배터리 케이싱 처리를 통해 슬래그 잔류물 및 단락 위험을 크게 줄이고-수소 연료 전지 분리판의 미세 구멍 처리를 통해 생산 능력을 크게 높입니다. 폴더블 스크린 힌지 가공으로 무게 감소와 긴 폴딩 수명을 구현했으며, 휴대폰 미들 프레임에 스피커 홀 가공을 통해 안정적인 음향 성능을 보장합니다.

 

 

Ruihang Group은 정밀 가공을 위한 고품질-티타늄 원료 생산을 전문으로 합니다. 자세한 내용은 이메일을 통해 문의하시기 바랍니다:Sam.Rui@bjrh-titanium.com

 

참조:
Voisey, KT 등. "레이저 드릴링." ScienceDirect 주제, Elsevier, 2010-2022, https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/laser-drilling.