금속 및 플라스틱용 레이저 마킹기에 대해 알아야 할 모든 것
수술 도구부터 스마트폰 케이스까지 모든 제품에서 선명하고 영구적인 마킹을 보신 적이 있을 겁니다. 이 마킹은 색이 바래거나 긁히거나 마모되지 않습니다. 바로 레이저 마킹 덕분인데, 대부분의 제조업체가 생각하는 것보다 훨씬 쉽게 접근할 수 있습니다.
적합한 레이저 마킹기를 사용 하면 기존 방식에 비해 생산 비용을 최대 60%까지 절감할 수 있습니다. 하지만 함정이 있습니다. 잘못 선택하면 사용하려는 재료에 적합하지 않은 장비에 수만 달러를 낭비하게 될 수 있습니다. 알아야 할 모든 것을 자세히 살펴보겠습니다.
레이저 마킹은 다양한 재질에 어떻게 적용될까요?
레이저 마킹은 재료 표면을 태우거나 녹이거나 화학적으로 변형시켜 영구적인 표시를 만드는 기술입니다. 과정은 간단해 보이지만 실제로는 그렇지 않습니다.
다양한 재료는 레이저 에너지에 매우 각기 다른 방식으로 반응합니다. 금속은 열을 흡수하고 산화되어 색 변화나 표면 에칭을 통해 대비되는 자국을 남깁니다. 마치 미세한 속도로 진행되는 제어된 녹 발생과 같다고 생각하면 됩니다. 반면 플라스틱은 발포 또는 탄화라는 과정을 통해 반응하는데, 이 과정에서 레이저 에너지는 분자 결합을 끊고 재료의 구조를 변화시킵니다.
진정한 마법은 파장 수준에서 일어납니다.
금속 마킹은 금속이 효율적으로 흡수하는 파이버 레이저 마킹기 (일반적으로 1064nm 파장)를 사용합니다. 레이저 빔이 표면을 가열하여 산화 또는 어닐링을 유발함으로써 밝은 금속에는 어두운 자국을, 어두운 금속에는 밝은 자국을 남깁니다. 스테인리스강은 검게 변하고, 알루미늄은 흰색 또는 회색을 유지합니다. 마킹 깊이는 0.001인치를 거의 넘지 않지만, 마킹은 영구적으로 유지됩니다.
플라스틱 마킹에는 다른 접근 방식이 필요합니다. CO2 레이저 마킹기 (10,600nm 파장)는 유기 물질에 흡수되는 파장이기 때문에 대부분의 플라스틱에 가장 적합합니다. 레이저는 다음과 같은 방식으로 대비를 생성합니다.
● 거품 발생 - 표면 아래에서 기포가 형성되어 자국이 옅어집니다.
● 탄화 - 재료가 약간 타면서 더 어두운 자국이 생깁니다.
● 색상 변화 - 일부 플라스틱은 표면 손상 없이 색상이 변합니다.
여기서 재료 구성이 중요해집니다. ABS는 거품이 잘 생겨 흰색 볼록한 자국을 남깁니다. 폴리카보네이트는 탄화되어 어두워집니다. 아크릴은 설정에 따라 두 가지 모두 발생할 수 있습니다.
일부 플라스틱에는 레이저와 반응하도록 특별히 설계된 첨가제가 포함되어 있습니다. 이러한 "레이저 감응성" 소재는 낮은 출력에서도 깨끗하게 마킹할 수 있어 생산 시간을 최대 40%까지 단축시켜 줍니다.
레이저 마킹기 종류
레이저 마킹 산업은 크게 세 가지 유형으로 나뉩니다. 각 유형은 고유한 강점을 가지고 있어 특정 재료 및 용도에 적합합니다.
파이버 레이저 마킹기는 금속 마킹 분야를 선도하는 장비입니다. 이 장비는 이터븀과 같은 희토류 원소가 도핑된 광섬유를 통해 1064nm 파장의 레이저 빔을 생성합니다. 파이버 레이저 마킹기는 기존의 어떤 장비보다 빠르고 깊게 금속에 마킹할 수 있습니다. 자동차 공장, 항공우주 시설, 의료기기 제조업체 등 다양한 곳에서 찾아볼 수 있습니다.
장점은 빠르게 나타납니다. 파이버 레이저 마킹기는 유지 보수가 거의 필요 없으며(정렬해야 할 미러나 보충해야 할 가스가 없음), 기존 기술보다 전력 소비량이 적고, 밀리초 단위로 마킹 작업을 완료합니다. 또한 10만 시간 이상 작동해도 빔 품질이 일관되게 유지됩니다.
CO2 레이저 마킹기는 플라스틱 및 유기 재료 분야에서 널리 사용됩니다. 이 장비는 전기 방전을 통해 CO2 가스를 여기시켜 10,600nm 파장의 레이저를 생성합니다. 이처럼 긴 파장은 플라스틱, 목재, 가죽, 유리, 고무 등에 쉽게 흡수됩니다.
CO2 시스템은 포장재 마킹, 아크릴 디스플레이의 정밀 그래픽 제작, 목재 제품 조각에 탁월한 성능을 발휘합니다. 이 빔은 열에 민감한 플라스틱을 손상시키는 열 응력 없이 깨끗하고 선명한 마킹을 구현합니다.
UV 레이저 마킹기는 완전히 다른 방식을 사용합니다. 355nm 파장에서 작동하는 이 "콜드 마킹" 시스템은 열이 아닌 광화학 반응을 통해 분자 결합을 끊습니다. 이러한 특징 때문에 다음과 같은 마킹 작업에 적합 합니다 .
● 정밀 전자 부품 및 회로 기판
● 의료용 실리콘 및 카테터
● 열에 약한 의약품 포장재
● 유리병 및 앰플
LEAD TECH 10W UV 레이저 마킹기
LEAD TECH 5W UV 레이저 마킹기
다양한 제조 산업 분야에 적용 가능
레이저 마킹기는 영구적인 식별이 필요한 모든 곳에서 찾아볼 수 있습니다. 하지만 특정 산업 분야는 다른 산업 분야보다 레이저 마킹기에 대한 의존도가 훨씬 높습니다.
자동차 제조업체들은 엔진 블록부터 배선 하니스까지 모든 것에 표시를 합니다. 차대번호, 부품 번호, 배치 코드, 추적성 데이터 등이 수십 년 동안 열, 진동, 화학 물질 노출에도 견딜 수 있는 부품에 새겨집니다. 이러한 표시는 차량 자체보다 오래 지속되어야 합니다. 기존 라벨은 이러한 한계를 극복하지만, 레이저 마킹은 다릅니다.
의료기기 회사들은 더욱 엄격한 요구 사항에 직면하고 있습니다. 미국 식품의약국(FDA)은 수술 기구, 임플란트 및 진단 장비에 고유 기기 식별 번호 (UDI)를 의무적으로 표시하도록 하고 있습니다. 레이저 마킹은 멸균 상태나 환자 안전을 저해하지 않으면서 티타늄 임플란트, 스테인리스 스틸 수술 도구 및 고분자 카테터에 생체 적합성 표시를 새길 수 있습니다.
전자제품 제조에는 회로기판, 마이크로칩, 스마트폰 부품 등에 UV 레이저 마킹 시스템이 사용됩니다. 이 마킹은 소금 알갱이보다 작지만 확대경으로 보면 판독할 수 있습니다. 데이터 매트릭스 코드는 조립, 테스트, 현장 서비스 등 모든 과정에서 부품을 추적하는 데 사용됩니다.
항공우주 분야는 레이저 마킹 기술을 극한까지 활용합니다. 오늘 마킹된 부품은 2075년에도 여전히 항공 분야에 사용될 수 있습니다. 따라서 마킹은 오래도록 유지되어야 합니다.
● 기온은 -60°F에서 400°F까지 급격하게 변합니다.
● 부식성 연료 및 유압유
● 강렬한 진동 및 G-힘
● 고도에서의 자외선 복사
포장 공정에서는 CO2 레이저 마킹기를 사용하여 병, 상자 및 연질 필름에 고속으로 날짜 코드를 표시합니다. 분당 600개의 제품을 처리하는 라인에서 배치 번호와 유통 기한이 번지거나, 변색되거나, 씻겨 나가지 않도록 마킹됩니다.
소비재 브랜드들은 브랜드 이미지 구축과 위조 방지 차원에서 레이저 마킹을 통해 제품에 로고를 새겨 넣습니다. 이렇게 영구적으로 새겨진 로고는 위조를 거의 불가능하게 만듭니다.
레이저 마킹과 기타 마킹 방법 비교
제조업체들은 레이저 외에도 다양한 선택지를 가지고 있습니다. 하지만 이러한 대안들은 여러 가지 타협점을 수반하며, 그 비용은 빠르게 누적됩니다.
도트핀 마킹은 탄화물 또는 다이아몬드 스타일러스가 초당 수천 번씩 표면에 충격을 가하여 물리적인 압흔을 만들어내는 방식입니다. 이 공정은 심도가 미관보다 중요한 두꺼운 금속에 특히 효과적입니다. 도트핀 마킹 장비는 레이저 마킹 장비보다 초기 비용이 저렴하고 더 깊은 마킹이 가능합니다.
단점은 심각합니다. 스타일러스는 몇 달마다 마모되어 교체 및 재보정이 필요합니다. 충격으로 인해 소음이 발생하고(종종 80데시벨 이상), 얇은 재질에는 응력 균열이 생기며, 레이저 정밀도에 미치지 못하는 거친 자국이 남습니다. 플라스틱에 도트 피닝을 하면 균열이 생길 수 있습니다.
잉크젯 프린팅은 액체 또는 UV 경화 잉크를 표면에 분사하는 방식입니다. 빠르고, 마킹당 비용이 저렴하며, 골판지 상자나 임시 라벨에 적합합니다.
자국은 닦으면 지워지고, 용제로 녹이며, 자외선에 노출되면 흐려집니다. 영구적인 자국이 필요한 용도에는 잉크젯 프린터는 절대 사용할 수 없습니다.
화학적 에칭은 마스크 처리된 표면을 산성 또는 알칼리성 용액에 노출시켜 자국을 만드는 공정입니다. 이 공정은 금속에 매끄럽고 깊은 자국을 남기지만 다음과 같은 조건이 필요합니다.
● 유해 화학물질 취급 및 폐기
● 여러 공정 단계 (마스킹, 에칭, 세척)
● 더 긴 처리 시간 (분 vs. 초)
● 화학을 이해하는 숙련된 작업자
환경 규제로 인해 화학적 에칭 비용이 점점 더 비싸지고 법적으로도 복잡해지고 있습니다.
기계식 조각은 회전하는 공구를 사용하여 재료에 새기는 방식입니다. 새겨진 자국은 영구적이며 선명합니다. 하지만 조각기는 비트를 정기적으로 교체해야 하고, 곡면에는 새기기가 어려우며, 절삭 공구보다 단단한 재료에는 어려움을 겪습니다.
실제로 중요한 기술 사양
전력 등급에만 관심이 쏠리지만, 그럴 필요는 없습니다.
레이저 출력(와트 단위)은 마킹 품질이 아닌 마킹 속도에 영향을 미칩니다. 20W 파이버 레이저는 50W 모델보다 마킹 속도가 느리지만, 동일한 재료에 동일한 마킹을 생성합니다. 차이는 처리량에서 나타나며, 마킹의 영구성에는 영향을 미치지 않습니다.
빔 품질은 대부분의 구매자가 인식하는 것보다 훨씬 중요합니다. M² 값(엠 제곱이라고 발음)은 레이저의 초점 정밀도를 나타냅니다. 값이 낮을수록 초점이 더 선명하고 세부적인 표현이 가능합니다. M² 값이 1.0이면 완벽한 가우시안 빔을 나타냅니다. 1.5 미만이면 탁월한 마킹 해상도를 제공합니다.
빔 품질이 좋지 않으면 가장자리가 흐릿해지고 깊이감이 일정하지 않게 됩니다.
마킹 속도는 용도에 따라 초당 문자 수 또는 초당 밀리미터(mm)로 측정됩니다. 파이버 레이저 마킹기는 일반적으로 초당 7,000~10,000mm의 속도로 마킹합니다. CO2 레이저 시스템은 초당 2,000~5,000mm로 더 느린 속도로 작동합니다. UV 레이저 마킹기는 초당 500~2,000mm로 상대적으로 느립니다.
하지만 단순히 속도만으로는 아무 의미가 없습니다. 분당 200개의 부품을 생산한다는 시스템은 인상적으로 보일 수 있지만, 실제 생산 라인에는 400개의 부품이 필요하다는 것을 깨닫게 되면 이야기가 달라집니다.
작업 영역은 위치를 변경하지 않고 표시할 수 있는 최대 객체 크기를 정의합니다. 일반적인 크기는 다음과 같습니다.
● 소형 사이즈: 100mm x 100mm (4" x 4")
● 중형 포맷: 200mm x 200mm (8" x 8")
● 대형 사이즈: 300mm x 300mm (12" x 12")
작업 영역이 클수록 비용이 더 많이 들고 가장자리 부분의 초점 정밀도가 떨어지는 경우가 많습니다. 과도한 용량을 구매하기보다는 실제 부품 크기에 맞는 작업 영역을 선택하십시오.
초점 심도는 레이저가 마킹 품질을 유지하면서 허용하는 수직 방향의 변동 범위를 결정합니다. 얕은 초점 심도(1~2mm)는 평평한 표면에 적합하며, 깊은 초점 심도(10mm 이상)는 초점 조정 없이 곡면이나 불규칙한 형상에도 사용할 수 있습니다.
올바른 채점 결정을 내리는 방법
레이저 마킹기는 기존 방식으로는 불가능한 영구적인 식별 표시를 제공합니다. 이 기술은 효과적이며, 마킹은 오래 지속됩니다. 유지보수 부담도 거의 없습니다.
선택은 재료에 따라 달라집니다. 금속에는 파이버 레이저 마킹기가 , 플라스틱 및 유기물에는 CO2 시스템이, 열 손상이 발생할 수 없는 경우에는 UV 레이저 마킹기가 적합합니다.
사양을 이론적인 최대치가 아닌 실제 생산 요구 사항에 맞춰 선택하십시오. 시간당 150개의 부품에 마킹하는 30W 파이버 레이저는 절반의 시간 동안 유휴 상태인 50W 시스템보다 효율적입니다. 작업 영역은 부품이 실제로 작업 영역을 채울 때만 중요합니다. 초점 심도는 곡면이나 적층 부품에 마킹할 때 매우 중요해집니다.
레이저 종류별 초기 비용 차이는 5년간의 총 소유 비용을 계산해 보면 줄어듭니다. 파이버 레이저는 소모품이 필요 없습니다. CO2 시스템은 가스 충전과 미러 교체가 필요하고, UV 레이저는 다이오드 펌프를 주기적으로 교체해야 합니다.
실제 부품에 대한 테스트부터 시작하세요. 대부분의 레이저 마킹 업체는 계약 전에 샘플 마킹을 제공합니다. 이를 통해 재료의 반응, 최적의 설정, 그리고 시스템이 필요한 속도 요구 사항을 충족하는지 정확하게 확인할 수 있습니다.
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