후가공 필요없는 레이저 커팅기 선호도 점점 높아져
장비 선택시 성능 및 A/S 여부 등 종합적으로 판단해야
도입 후 꼼꼼한 관리로 최적의 장비 상태 유지해야
바야흐로 플렉스 사인의 시대가 가고 입체사인의 시대가 도래하고 있다. 실사출력이라는 매커니즘에 대한 의존도가 컸던 플렉스 사인과 달리 입체사인은 ‘자르거나’, ‘다듬거나’, ‘깎아내는’ 공정이 필요한 사인이다. 그러나 이같은 공정들은 수작업으로 하기엔 다소 까다로운 부분. 따라서 입체사인의 바람이 거세지고 있는 요즘, 관련 가공 장비의 필요성이 높아지고 있다.
특히, 여러 장비 가운데 CNC라우터나 레이저 커팅기, 플라즈마 등은 사인 제작의 필수 장비라는 인식이 확산되고 있는 추세다. 이에 따라 이들 장비의 첫 도입이나 추가 구입을 고려하고 있는 잠재 구매 고객들이 증가하고 있는 상황. 또 이와 더불어 관련 장비 공급사의 수도 늘고있어 장비 선택의 폭이 보다 확대되고 있다. 이에 장비 선택시 점검해야 할 필수 요소는 무엇인가 살펴보는 지면을 마련했다. 이번호에는 지난호에 이은 두 번째 연재로 레이저 커팅기의 구매 포인트를 살펴본다.
도입전 장비에 대한 이해 선행돼야
레이저를 선택하는데 있어 중요한 판단 기준은 뭘까? 우선 장비를 도입하기 전에 장비에 대한 이해가 선행돼야 한다.
레이저(LASER)는 ‘Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation’의 영문 약자로 ‘유도 방출 과정에 의한 빛의 증폭’이란 의미를 가지고 있다. 즉, 인간이 만들어낸 유일한 인공광이 바로 레이저. 이 레이저 빛으로 사람을 치료하고 비행기를 보수하기도 하며, 판금 가공을 하기도 한다. 또 옥외광고 업계에서는 이를 사인의 커팅이나 마킹 용도로 활용하고 있다.
레이저 빛은 유도 방출로 증폭된 빛이기 때문에 형광등이나 태양 등 자연방출상태의 광선에서 나오는 빛과 그 성질이 다르다. 우선 레이저는 한가지 파장으로만 구성된 단색성 빛이며, 자연광은 광원에서 멀어질수록 빛의 세기가 줄어드는 반면 레이저 빛은 거리에 상관없이 그 세기가 일정하다는 특성을 가진다.
특히, 에너지 집중도 및 고휘도성을 지니고 있어 단위면적당 에너지 밀도를 집중시킬 수 있는데 바로 이같은 특성이 각종 소재의 절단이나 마킹, 용접을 가능케 하는 것이다.
장비의 작동 원리는 레이저 커팅기에 주입된 발진기 가스로 생성된 레이저 빔을 컨트롤러를 통해 조절, 입력한 데이터에 따라 재료를 절단하는 것이다.
이때 사용되는 가스는 CO2, 질소, 헬륨 등인데 CO2레이저는 이가운데 CO2가 레이저 발진의 주된 역할을 담당한다. CO2레이저는 고압의 가스를 활용하기 때문에 고출력이 가능해 주로 절단이나 마킹의 용도로 사용한다. 이 때문에 업계에서는 주로 CO2레이저를 활용하며, 엔디야그레이저(ND YAG LASER)는 미세 가공이나 용접에 이용된다.
발진기·컨트롤러·광학시스템 등이 핵심 부품
레이저 커팅기가 가지는 큰 장점은 별도의 후가공이 필요없다는 데 있다. 레이저 빛은 직선으로 방출되기 때문에 주로 평면 가공에 활용되며, CNC라우터와 같은 조각은 불가능하다. 그러나 가공 속도가 빠르고 절단면이 깔끔하다는 장점이 있어 선호도가 높다.
장비의 가공 속도는 발진기의 출력량에 따라 달라지는데 그 출력폭이 다양하다. 임가공용의 경우 100W~600W, 2~6KW 등이 있으며, 산업용으로는 6KW 이상의 대형 레이저를 사용하기도 한다. 사인이나 아크릴 업종에서는 200W 레이저의 활용도가 높은 편이나 최근에는 작업자의 용도나 환경에 따라 다양하게 취사선택하는 추세다.
출력이 높을수록 가공 속도가 빠르며, 보다 두꺼운 소재의 가공이 가능하다. 레이저로 가공 가능한 소재는 아크릴이나 갤브, 스테인리스와 같은 철판, 가죽 등이며, 알루미늄의 경우 레이저 빛이 반사경을 통해 반사되기 때문에 가공을 아예 진행할 수 없거나 가공이 이뤄지더라도 심한 굴곡이 발생할 수 있다.
또한 스테인리스는 다른 철판에 비해 고강성 소재이기 때문에 KW급 레이저로 가공하는 게 적합하다. KW급 레이저는 주로 판금 분야에서 사용되고 있는데, 요즘에는 그 적용 분야가 점차 확대되고 있다.
또 최근에는 철판을 주소재로 하는 채널사인 시장이 성장하면서 극히 일부이긴 하지만 사인 분야에도 KW급 레이저가 도입되기 시작했다. 물론 사인 소재는 대부분 박판이기 때문에 보통 스테인리스 0.8T~3T 정도의 가공이 가능한 2KW 레이저를 선택하는 경우가 많다.
출력량은 레이저의 핵심부품인 발진기에 의해 좌우되는데, 이는 현재 대부분 수입에 의존하고 있는 실정. 영국의 로핀(Rofin)이나 미국의 신라드(Synrad), 코히런트(Coherent) 등이 국내에서 많이 사용하는 3대 발진기 메이커다.
레이저의 발진기의 종류는 크게 글래스 튜브(Glass Tube)의 DC 타입과 메탈·세라믹(Metal/Ceramic) 공진기의 RF 타입으로 구분된다. 발진기가 유리관으로 노출된 DC 타입은 우수한 빔 모드를 가지고 있으나 충격에 약하고 수명이 짧다는 단점이 있다.
따라서 교체 주기가 짧은 편이나 초기투자비용이 적게 든다.
RF는 스틸이 발진기를 보호하는 형태로 DC에 비해 견고하며 수명이 길다. 그러나 DC 타입에 비해 초기 투자 비용이 높고 유지보수비용 또한 높은 편. 하지만 DC타입은 커팅 용도로만 쓰이는 반면 RF는 커팅·마킹 겸용으로 사용이 가능하다.
컨트롤러 역시 발진기와 함께 중요한 핵심 부품 중 하나이며, 이는 가공의 정밀도와 속도를 제어하는 역할을 한다. 컨트롤러도 보통 수입을 하는 경우가 많으나 일부 제작사는 장비 문제발생시 빠른 대응을 위해 자체 컨트롤러를 제작해 공급하기도 한다.
발진기나 컨트롤러 못지 않게 중요한 핵심 요소가 바로 광학시스템이다. 이는 레이저 빔을 안정적으로 전송시켜주는 마지막 단계다. 광학시스템은 기본적으로 헤드 내에 렌즈가 장착돼 있는 구조를 띄는데, 가공시 렌즈의 포커스를 통해 레이저 빔의 정확한 반사가 이뤄져야 원활한 가공이 가능하다.
장비 도입 전 사용 용도 및 작업 환경부터 고려
레이저의 작동원리 및 핵심 부품에 대한 이해가 충분히 이뤄졌다면 다음으로 본격적인 장비 선택에 들어간다. 장비 선택시 최우선적으로 고려해야 하는 것은 사용 용도 및 작업 환경. 구체적으로는 가공할 소재의 종류나 두께, 그리고 작업장의 면적 등을 고려해 장비의 출력과 사이즈 등 기본 사양을 선택한다.
이와 함께 고려해야 하는 것이 장비의 성능 및 가격이나 해당 장비 공급사에 대한 신뢰도 등이다. 화우테크놀러지 기술연구소 임창현 과장은 “레이저는 기술이 많이 공개돼 있어 소비자들의 장비에 대한 지식이 풍부한 편”이라며 “장비를 선택하는데 있어 최우선 판단 기준은 가공 속도와 적용 가능한 소재의 두께”라고 전했다. 한광레이저 소재혁씨는 “무엇보다 가격대비 성능이 관건”이라며 “속도 등 가공 능력을 따져봐야 한다”고 말했다.
하지만 무엇보다 중요한 것은 사후관리라는 게 업계 관계자들의 공통된 의견. 대부분 수익 창출을 목적으로 장비를 도입하기 때문에 ‘원활한 장비의 사용은 곧 돈’으로 직결된다는 것. 따라서 장비에 문제가 발생했을 때 신속하고 꾸준한 대응이 가능한지를 정확히 파악해야 한다.
철저한 장비 관리가 선택보다 중요해
여러 가지 사항을 종합적으로 고려해 좋은 장비를 선택하는 것은 바로 질좋은 가공을 하는 첫 번째 단추다. 하지만 장비 선택 못지 않게 중요한 것이 바로 장비의 관리다. 이는 장비를 구입한 해당 당사자인 소비자의 몫.
장비의 오랜 보존과 원활한 사용을 위해서는 여러 가지를 주의해야 하는데 작업 환경을 점검하는 것은 특히 중요한 부분이다. 레이저는 발진시 다량의 열을 발생하기 때문에 이 열을 식혀주는 보조장치가 필요하다. 냉각기가 바로 그 역할을 하는데 수냉식을 사용하는 경우 특히 기후 조건에 주의를 기울여야 한다.
물의 깨끗한 상태를 유지하기 위해 주기적으로 물을 교체하는 것은 기본이며, 겨울에는 부동액 등 윤활유를 주입해 동파에 대비해야 한다. 장비 동작시에 주의를 기울여야 할 부분은 포커스 조절. 극히 일부이기는 하지만 포커스 조절이 제대로 이뤄지지 않으면 레이저 빔이 역반사되면서 노즐 안으로 유입, 렌즈를 파손시키는 경우가 종종 있기 때문이다.
이를 방지하기 위해서는 작업 후 렌즈나 반사경을 알콜로 깨끗하게 닦아주는 등 주기적인 관리가 필수이며, 이와 더불어 오퍼레이터의 포커스 조절 능력이 요구된다. 또한 레이저에서 종종 발생하는 문제가 바로 화재다.
소재 가공시 발생하는 가스나 액체 등에 의해 장비에 불이 붙어 큰 피해를 입는 경우가 있는데 이를 방지하기 위해 작업자는 장비의 상태를 수시로 점검해보는 것이 좋다.
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