KR100905047B1

KR100905047B1 - 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을위한 레이저 어블레이션 방법

Info

Publication number: KR100905047B1
Application number: KR1020070076819A
Authority: KR
Inventors: 이제훈; 노지환; 서정; 신동식; 손현기
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-06-30
Also published as: KR20090012733A

Abstract

본 발명은 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 관한것으로 상세하게는 레이저를 이용한 레이저 어블레이션 방법에 있어서, 대상물의 일측 상단부터 레이저를 원형상으로 조사하는 레이저 조사단계와; 상기 대상물의 일측 상단부터 일측 하단으로 렌즈를 이동시키며 레이저를 원형상으로 조사하여 중첩되도록 단계적으로 수만회 조사하는 레이저 이동조사단계와; 상기 대상물의 일측 상단에서 하단까지 레이저가 모두 조사되어지면 일정간격 이격시킨 평행한 위치에 상단에서 하단으로 레이저를 이동시키며 조사하는 과정을 반복하는 수직 반복 조사단계와; 상기 수직 반복 조사단계와 같은 방법으로 수평방향으로 일정간격 평행하게 이격시키며 상기 대상물에 조사되어지는 형상이 바둑판 격자 모양이 되도록 스캔조사하는 수평 반복 조사단계와; 상기 레이저 조사단계와 레이저 이동조사단계, 수직 반복 조사단계 및 수평 반복 조사단계를 사용자가 원하는 형상의 가공물이 상기 대상물 상에 나올때까지 스캔 횟수와 레이저 파워 및 스캔라인 간격을 조절하여 반복 조사하는 레이저조절 조사단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 관한것이다.

융발, 레이저, 가공, 어블레이션

Description

대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법{Laser ablation for micro mold fabric manufacture of spherical or wide area cone}

일반적으로 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법은 도 1에 나타난 것과 같이 대상물의 표면에 레이저를 조사하여 조형물을 형성하는데 예를들어 원뿔을 형성할때 대상물의 표면에서부터 다수의 단계로 나누어 점차 면적을 넓혀가며 원하는 가공물을 남겨두고 주변을 제거해 나간다. 다시 말해 첫 번째 층은 모두 어블레이션을 시키고, 두 번째 층은 원뿔의 꼭지점에 해당되는 부분만 남기고 나머지 부분을 어블레이션 시켜서 원뿔의 꼭지점부분을 형성 시킨다. 그리고 세 번째 층에서는 원뿔의 꼭지점 아래 부분을 형성하기 위해 두 번째 층보다 넓은 부분을 남기고 나머지 부분을 어블레이션 시킨다. 이런 방식으로 각 층의 어블레이션 되는 부분을 변화 시켜가며 원뿔 모양의 마이크로 구조물을 제작한다.

종래에는 각층 별로 다른 도면을 가지고 각층을 가공해야 하므로 시간도 오래걸리고, 가공과정이 길어진다. 그리고 레이저의 스파사이즈가 10㎛를 사용하게 되면 수um 만큼의 층이 형성될 수 밖에 없다. 따라서 레이저의 스파사이즈가 10㎛를 사용하게 되면, 적어도 지름 100um 이상의 원뿔을 제작해야 원뿔의 모양을 제작할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 레이저를 바둑판 모양으로 스캔 하면서 다수의 원뿔 또는 구형을 한꺼 번에 제작 함을 목적으로 한다. 레이저의 스팟의 파워를 나타내 보면 도면2 처럼 가우시안 분포를 가지게 된다. 이런 가우신안 빔을 도면 3에서 와 같이 바둑판 모양으로 스캔하게 된다. 도면 3에서 보는 바와 같이 부분에 따라서 어블레이션 되는 양이 가우시안 분포에 따라 달라지게 된다. 가우시안의 중앙 부분 즉, 스캔 라인의 중심부에서는 어불레이션이 많이 일어나고, 가우시안의 양 끝 즉, 스캔 라인의 중심부와 중심부 사이에서는 어블레이션이 적게 일어난다. 따라서 가우시안의 중앙 부분에서는 깊이 가공이 되므로 원뿔 가공시 원뿔과 원뿔 사이의 골에 해당되며, 가우시안의 양 끝에서는 원뿔 가공시 원뿔의 꼭지점을 형성하게 되며, 만약 엠포싱같은 여러 반구를 가공한다면 가우시안의 중앙 부분에서는 반구와 반구사이의 골이 되고 가우시안의 양 끝에서는 반구의 맨 윗부분이 되는 것을 특징으로하는 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 레이저를 형성하려는 가공물의 가공물 형성 시간이 줄어들게 되고, 레이저의 광학적 스파사이즈 보다 작은 가공물을 형성할 수 있으며, 레이저의 중첩범위에 따라 가공물의 형상이 달라지는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 아래와 같은 특징을 갖는다.
레이저를 이용한 레이저 어블레이션 방법에 있어서, 대상물(10)의 일측 상단부터 레이저를 원형상으로 조사하는 레이저 조사단계(S10)와; 상기 대상물(10)의 일측 상단부터 일측 하단으로 렌즈를 이동시키며 레이저를 원형상으로 조사하여 중첩되도록 단계적으로 수만회 조사하는 레이저 이동조사단계(S20)와; 상기 대상물(10)의 일측 상단에서 하단까지 레이저가 모두 조사되어지면 일정간격 이격시킨 평행한 위치에 상단에서 하단으로 레이저를 이동시키며 조사하는 과정을 반복하는 수직 반복 조사단계(S30)와; 상기 수직 반복 조사단계(S30)와 같은 방법으로 수평방향으로 일정간격 평행하게 이격시키며 상기 대상물에 조사되어지는 형상이 바둑판 격자 모양이 되도록 스캔조사하는 수평 반복 조사단계(S40)와; 상기 레이저 조사단계(S10)와 레이저 이동조사단계(S20), 수직 반복 조사단계(S30) 및 수평 반복 조사단계(S40)를 사용자가 원하는 형상의 가공물이 상기 대상물 상에 나올때까지 스캔 횟수와 레이저 파워 및 스캔라인 간격을 조절하여 반복 조사하는 레이저조절 조사단계(S50);를 포함하여 이루어진다.

삭제

이때, 상기 대상물(10)에 레이저를 조사하는 장치는 레이저가 발광되어지는 광원과, 상기 광원에서 발광되어진 레이저를 측면 방향으로 반사시켜 각도를 조절하는 제1 반사장치(40)와, 상기 제1 반사장치(40)의 일측에 일정거리 이격되어 위치하여 제1 반사장치(40)에서 반사되어진 레이저를 수직방향으로 반사시키는 제2 반사장치(30)와, 상기 제2 반사장치(30)에서 반사되어진 레이저를 집광하여 대상물(10)에 조사하는 렌즈(20)를 포함하여 구성되어진다.

그리고, 상기 레이저를 반사하는 제1,2 반사장치는 거울 또는 스테이렌즈 또는 오브젝티브렌즈중 어느 한가지를 선택하여 사용할 수 있다.

그리고, 상기 대상물(10)에 조사되어지는 레이저는 대상물(10)에 형성되어지는 가공물(11)의 중심에서 사용자가 원하는 임의의 거리만큼 이격되어 조사되어진다.

또한, 상기 대상물(10)에 조사되는 레이저의 중첩 범위는 사용자가 임의로 설정하여 조사한다.

그리고, 상기 대상물(10)에 형성되는 가공물(11)은 대상물(10)에 조사되는 레이저빔 프로파일의 형태에 따라 정면상 원뿔 또는 타원뿔 또는 다각뿔 형상으로 형성되어진다.

삭제

즉, 일실시예를 들어 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

레이저가 발광되어지는 광원과, 상기 광원에서 발광되어진 레이저를 측면 방향으로 반사시켜 각도를 조절하는 제1 반사장치(40)와, 상기 제1 반사장치(40)의 일측에 일정거리 이격되어 위치하여 제1 반사장치(40)에서 반사되어진 레이저를 수직방향으로 반사시키는 제2 반사장치(30)와, 상기 제2 반사장치(30)에서 반사되어진 레이저를 집광하여 대상물에 조사하는 렌즈(20)로 구성된 장치에서 조사되는 레이저로 대상물(10)에 여러형태의 가공물(11)을 형성하게된다.

이러한 장치를 이용하여 대상물에 가공물을 형성하는 방법은 다음과 같다.

대상물에 레이저를 수직방향과 수평방향 일직선 즉, 바둑판 모양으로 조사하여 가공물에 제거할 부분을 제거하며, 상기 대상물에 형성하는 가공물의 상하 좌우방향으로 레이저를 단계적으로 조사한뒤 상기 가공물표면에 동일한 다수개의 가공물을 형성한다. 가공물의 형상은 스캔 회수, 레이저 파워, 스캔 라인 간 거리 에 따라 원뿔, 엠포싱 형태의 구형등의 형상으로 제작 할 수 있다.

도 1은 종래의 레이저를 이용한 가공물 제작방법을 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 레이저 가우시안 빔 분포도,

도 3는 본 발명에 따른 스캔 방식에 따른 어블레이션 양을 나타낸 사시도,

도 4는 종래의 레이저를 이용한 가공물 제작방법을 나타낸 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 레이저 광원 장치를 나타낸 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 대상물에 레이저를 조사하는 것을 나타낸 사시도,

도 7은 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 대상물에 레이저를 조사하는 것을 나타낸 평면도,

도 8은 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법을 나타낸 순서도,

도 9는 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 형성된 200회 스캔후 가공물을 나타낸 확대사시도,

도 10은 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 형성된 25회 스캔후 가공물을 나타낸 확대평면도,

도 11은 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 형성된 75회 스캔후 가공물을 나타낸 확대평면도,

도 12는 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 형성된 100회 스캔후 가공물을 나타낸 확대평면도,

도 13은 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 형성된 150회 스캔후 가공물을 나타낸 확대평면도,

도 14는 본 발명에 따른 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법에 따라 형성된 200회 스캔후 가공물을 나타낸 확대평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 대상물 11 : 가공물

20 : 렌즈 30 : 제2 반사장치

40 : 제1 반사장치

Claims

레이저를 이용한 레이저 어블레이션 방법에 있어서,

대상물(10)의 일측 상단부터 레이저를 원형상으로 조사하는 레이저 조사단계(S10)와;

상기 대상물(10)의 일측 상단부터 일측 하단으로 렌즈를 이동시키며 레이저를 원형상으로 조사하여 중첩되도록 단계적으로 수만회 조사하는 레이저 이동조사단계(S20)와;

상기 대상물(10)의 일측 상단에서 하단까지 레이저가 모두 조사되어지면 일정간격 이격시킨 평행한 위치에 상단에서 하단으로 레이저를 이동시키며 조사하는 과정을 반복하는 수직 반복 조사단계(S30)와;

상기 수직 반복 조사단계(S30)와 같은 방법으로 수평방향으로 일정간격 평행하게 이격시키며 상기 대상물에 조사되어지는 형상이 바둑판 격자 모양이 되도록 스캔조사하는 수평 반복 조사단계(S40)와;

상기 레이저 조사단계(S10)와 레이저 이동조사단계(S20), 수직 반복 조사단계(S30) 및 수평 반복 조사단계(S40)를 사용자가 원하는 형상의 가공물이 상기 대상물 상에 나올때까지 스캔 횟수와 레이저 파워 및 스캔라인 간격을 조절하여 반복 조사하는 레이저조절 조사단계(S50);를 포함하여 이루어지되

상기 대상물(10)에 레이저를 조사하는 장치는 레이저가 발광되어지는 광원과, 상기 광원에서 발광되어진 레이저를 측면 방향으로 반사시켜 각도를 조절하는 제1 반사장치(40)와, 상기 제1 반사장치(40)의 일측에 일정거리 이격되어 위치하여 제1 반사장치(40)에서 반사되어진 레이저를 수직방향으로 반사시키는 제2 반사장치(30)와, 상기 제2 반사장치(30)에서 반사되어진 레이저를 집광하여 대상물(10)에 조사하는 렌즈(20)를 포함하여 구성되고, 상기 대상물(10)에 형성되는 가공물(11)은 대상물(10)에 조사되는 레이저빔 프로파일의 형태에 따라 정면상 원뿔 또는 타원뿔 또는 다각뿔 형상으로 형성되어지는 것을 특징으로 하는 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 레이저를 반사하는 제1,2 반사장치(40,30)는 거울 또는 스테이 렌즈 또는 오브젝티브 렌즈중 어느 한가지를 선택하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 대면적 원뿔형 또는 구형 마이크로 금형 구조물 제작을 위한 레이저 어블레이션 방법.
삭제
삭제