KR20240012812A

KR20240012812A - 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법

Info

Publication number: KR20240012812A
Application number: KR1020220090244A
Authority: KR
Inventors: 김보겸; 김선주; 박재웅
Original assignee: 주식회사 코윈디에스티
Priority date: 2022-07-21
Filing date: 2022-07-21
Publication date: 2024-01-30
Also published as: CN117769476A; WO2024019197A1

Abstract

본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 취성 재료로 이루어진 피절단물을 레이저부 하측에 로딩, 배치하는 제1단계; 상기 레이저부에 의해 발생되는 어느 일 장단축 비율을 갖는 라인레이저빔을 상기 피절단물에 조사하여 크랙을 형성하는 제2단계; 상기 피절단물의 절단 예정선 방향을 따라 상기 라인레이저빔을 직선 이동시키면서 상기 크랙을 연결하여 선형의 절단선을 형성하는 제3단계; 및 상기 절단선에 의해 상기 피절단물을 절단하는 제4단계;를 포함하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법을 제공한다.

Description

라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법{METHOD OF LINEARLY CUTTING AN OBJECT TO BE CUT USING LINE LASER BEAM}

본 발명은 레이저빔을 사용하여 피절단물을 절단하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라인 레이저빔을 사용하여 취성 재료로 이루어진 피절단물을 선형으로 절단하는 방법에 관한 것이다.

유리, 세라믹 등의 취성 재료는 그 재료적 특성으로 인해 디스플레이 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 이에 취성 재료에 대한 소재 손상 없이 이를 절단하기 위한 기술이 요구된다. 취성 재료의 절단 공정 관련 기술은 절삭 휠을 이용하는 방법, 레이저로 유발된 열 응력으로 기계적 균열을 발생시켜 절단하는 방법 등이 공지되어 있다.

그러나, 종래 레이저를 이용한 절단 공정의 경우, 스팟 단위의 레이저를 사용하여 절단면에 대한 표면 거칠기가 높고, 그로 인해 별도 후가공 공정을 진행해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 종래 절단 방법은 레이저 공정 이후 브레이킹(breaking) 공정이 필수적으로 수반되어야 하는 문제점이 있었다. 또한, 종래 절단 방법은 스팟 단위의 레이저를 사용하여, 절단 공정에 소요되는 시간이 상대적으로 길다는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-2172826호 플랫 가공물을 복수의 섹션들로 분리하기 위한 방법 및 기기{METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING A FLAT WORKPIECE INTO A PLURALITY OF SECTIONS}

본 발명의 실시예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 라인(선) 단위의 레이저빔을 이용하여 취성 재료로 이루어진 피절단물을 선형으로 절단하는 방법을 제공하고자 한다.

보다 구체적으로, 크랙의 전파 방향을 통제 가능한 범위에서 조절할 수 있는 라인 레이저빔을 이용한 피절단물의 절단 방법을 제공하고자 한다. 또한, 피가공물의 표면 및 절단면의 품질이 향상된 라인 레이저빔을 이용한 피절단물의 절단 방법을 제공하고자 한다.

또한, 레이저부의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 라인 레이저빔을 이용한 피절단물의 절단 방법을 제공하고자 한다. 또한, 피절단물의 열 변형, 조직 변형 등이 극히 작은 라인 레이저빔을 이용한 피절단물의 절단 방법을 제공하고자 한다. 또한, 절단 속도가 개선된 라인 레이저빔을 이용한 피절단물의 절단 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 실시예는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 절단 예정선의 양단에 엣지(edge)크랙이 형성되며, 취성 재료로 이루어진 피절단물을 레이저부의 하측에 로딩, 배치하는 제1단계; 상기 레이저부에 의해 발생되는 라인레이저빔을 상기 엣지크랙 중 어느 하나에 조사하여 상기 엣지크랙과 연결되는 크랙을 추가적으로 형성하는 제2단계; 상기 엣지크랙 중 나머지 다른 하나를 향해 상기 라인레이저빔을 직선 이동시키면서 상기 크랙을 연결하는 제3단계; 및 상기 엣지크랙과 상기 크랙이 연결되어 형성되는 선형의 절단선에 의해 상기 피절단물을 절단하는 제4단계;를 포함하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법을 제공한다.

상기 레이저부는 상기 라인레이저빔에 의해 가열되는 영역을 냉각시키는 냉각스프레이부;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 라인레이저빔은 상기 라인레이저빔의 장축이 상기 라인레이저빔의 직선 이동 방향과 일치되도록 조사되는 것이 바람직하다.

상기 레이저부가 상기 피절단물의 상측 공간 중 어느 일 지점에 위치할 때, 상기 피절단물의 표면에 형성되는 상기 냉각스프레이부에 의한 분사 영역은 상기 라인레이저빔에 의한 조사 영역을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 라인레이저빔의 파장은 500 내지 1100nm인 것이 바람직하다.

상기 엣지크랙은 상기 절단 예정선의 연장 방향에 배치되는 선형홈인 것이 바람직하다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법은 크랙의 전파 방향을 통제 가능한 범위에서 조절할 수 있다.

또한, 일 실시예의 경우, 피가공물의 표면 및 절단면의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 일 실시예의 경우 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 일 실시예의 경우, 피절단물의 열 변형, 조직 변형 등이 극히 작아질 수 있다. 또한, 일 실시예의 경우, 절단 속도가 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법에 대한 순서도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라인레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법에 대한 순서도.
도 3은 도 1 및 도 2의 라인레이저빔의 에너지 프로파일을 보여주는 사진.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 따른 공정 중 일부를 보여주는 개략도.
도 5a 내지 도 5b는 도 2에 따른 공정 중 일부를 보여주는 개략도.
도 6은 종래의 기술과 본 발명의 일 실시예에 따라 절단된 절단면을 비교하여 나타낸 사진.

본 개시의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 개시의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인레이저빔(L)을 사용하여 피절단물(P)을 선형으로 절단하는 방법에 대한 순서도이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 라인레이저빔(L)의 에너지 프로파일을 보여주는 사진이며, 도 4a 및 도 4b는 도 1에 따른 공정 중 일부를 보여주는 개략도이다.

도 1, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물(P)을 선형으로 절단하는 방법은 제1단계 내지 제4단계를 포함할 수 있다.

제1단계는 취성 재료로 이루어진 피절단물(P)을 레이저부(100) 하측에 로딩, 배치하는 단계이다. 여기서, 피절단물(P)은 일정 두께를 갖는 평판 플레이트인 것이 바람직하다. 또한, 피절단물(P)은 취성 재료의 재료적 특성에 기인하여 열 에너지가 가해질 때, 일정 레벨 이상에서 깨지는 특성을 갖는다. 이 때, 피절단물(P)은 작업 테이블 등을 통해 지면과 수평하게 배치될 수 있다.

한편, 레이저부(100)는 스팟 단위의 레이저빔이 아닌 라인(line, 선형, 직선형) 단위의 레이저빔을 제공(발진)하는 것이 바람직하다. 즉, 일 실시에에서, 레이저부(100)는 어느 일 장단축 비율을 갖는 라인레이저빔(L)을 발생시킬 수 있다. 여기서, 라인레이저빔(L)은 길이 방향(장축(d1))과 폭 방향(단축(d2))으로 각각 일정 길이를 갖는 라인 단위 모양의 레이저빔을 의미한다. 한편, 일 실시예에서 피절단물(P)의 절단선(B) 폭이 매우 좁다는 점을 고려하면, 라인레이저빔(L)의 단축(d2) 길이는 수십 마이크로미터 단위인 것이 바람직하다.

한편, 일 실시예에서 장단축 비율은 피가공물의 두께, 레이저부(100)의 이동 속도 등에 따라 달리 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 장단축 비율은 장축(d1) 대 단축(d2)이 20 : 1 내지 500 : 1 이내로 설정될 수 있다. 한편, 일 실시예에서, 라인레이저빔(L)의 장축(d1)과 단축(d2)의 비율은 350 : 1 인 것이 바람직하다. 이와 달리, 장축(d1)과 단축(d2)의 비율이 20 : 1 보다 작은 경우, 예를 들어 15 : 1 인 경우, 절단 속도가 지나치게 느려지는 문제점이 있다. 또한, 장단축 비율이 500 : 1 보다 큰 경우, 예를 들어, 600 : 1인 경우, 절단 속도는 빨라지지만, 레이저부(100)의 출력이 상승해야 하는 문제점이 있다.

피가공물의 절단면에 대한 품질은 장단축의 비율이 클수록 바람직하다.

또한, 일 실시예에서, 라인레이저빔(L)은 가우시안 에너지 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 라인레이저빔(L)의 에너지 레벨은 장단축이 교차되는 중심부에서 가장 높다. 또한, 일 실시예에서, 레이저부(100)는 일정 출력을 통해 연속 발진이 가능한 CW laser를 제공할 수 있다. 이는, 라인레이저빔(L)의 조사 영역 내에서 연속적인 온도 변화가 가능하도록 한다.

또한, 일 실시예에서, 라인레이저빔(L)의 파장은 500 내지 1100nm인 것이 바람직하다. 이는, 라인레이저빔(L)을 통한 급속 가열을 통해 피가공물에 대한 선형 절단 공정이 가능하도록 한다.

다음으로, 제2단계는 레이저부(100)에 의해 발생되는 어느 일 장단축 비율을 갖는 라인레이저빔(L)을 피절단물(P)에 조사하여 크랙을 형성하는 단계이다. 이를 위해, 피절단물(P)의 절단 예정선 중 어느 일단 상측 지점에 레이저부(100)를 배치시킬 수 있다. 그리고, 레이저부(100)를 통해 라인레이저빔(L)이 발진하면, 피절단물(P)의 표면 등에는 라인레이저빔(L)이 흡수된다. 일 실시예에서, 라인레이저빔(L)은 라인레이저빔(L)의 장축(d1)이 절단 예정선과 일치하도록 조사된다. 이 때, 절단 예정선에서 크랙이 발생될 수 있다.

크랙은 피절단물(P)의 표면 특히 절단 예정선 및 그 주변부에서 라인레이저빔(L)에 의한 열 에너지로 인해 피절단물(P)에 열 응력이 작용하면서 발생된다. 크랙은 피절단물(P)에 라인레이저빔(L)이 흡수되면 그 순간 피절단물(P)의 표면에서 발생되기 시작한다. 이 때, 피절단물(P)에 대한 상 변화는 없다. 여기서, 크랙은 취성 재료의 특성인 물리적 깨짐 현상에 기인하기 때문이다.

제3단계는 피절단물(P)의 절단 예정선 방향을 따라 라인레이저빔(L)을 직선 이동시키면서 크랙을 연결하여 선형의 절단선(B)을 형성하는 단계이다. 제3단계에서, 라인레이저빔(L)은 라인레이저빔(L)의 장축(d1)이 라인레이저빔(L)의 직선 이동 방향과 일치되도록 조사된다. 일 실시예에서, 라인레이저빔(L)의 에너지 분포는 장단축이 교차되는 중심부를 기준으로 연속적으로 변화한다. 그 결과, 라인레이저빔(L)이 직선 이동되면 절단 예정선과 그 주변부는 온도의 급속 상승과 하강이 발생할 수 있다. 이는, 온도 차이에 기인한 열 응력 상태의 변화를 초래하며, 크랙의 전파를 강화하고 크랙과 크랙을 연결시키는 원인이 된다.

구체적으로, 일 실시예에서, 라인레이저빔(L)의 장축(d1)이 절단 예정선을 따라 이동하는 과정에서, 절단 예정선과 그 주변에는 라인레이저빔(L)에 의한 열 흡수량의 차이로 인해 시간의 흐름에 따라 압축 응력과 인장 응력이 교대하면서 발생한다. 그 결과, 라인레이저빔(L)은 크랙과 크랙의 연결할 수 있고, 이 때, 연결 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 라인레이저빔(L)의 이동 경로를 크랙의 전파 경로와 일치시키는 것이 바람직하다. 한편, 일 실시예에서, 크랙의 전파 경로는 절단 예정선과 일치한다. 또한, 일 실시예에서 절단 예정선은 직선 경로인 것이 바람직하다.

일 실시예에서, 라인레이저빔(L)은 피절단물(P) 표면에 대한 국부적 가열을 통해 열 응력을 발생시키고, 이를 통해 피절단물(P)에 통제 가능한 수준에서 크랙이 더 성장되도록 하며. 그 결과, 크랙과 크랙이 연결되도록 하고, 선형의 절단선(B)을 형성되도록 한다. 한편, 일 실시예에서, 라인레이저빔(L)의 단축(d2) 길이는 절단선(B)의 폭 보다 클 수 있다. 이 때, 절단선(B)은 매우 미세하게 형성될 수 있다.

그 다음으로, 제4단계는 절단선(B)에 의해 피절단물(P)을 절단하는 단계이다. 일 실시예에서, 절단선(B)에 의한 피절단물(P)의 절단 폭은 일정하게 형성된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서 피절단물(P)은 기존 브레이킹 공정 없이 절단될 수 있다. 브레이킹 공정은 레이저빔에 의한 공정 이후 피절단물(P)에 물리적 힘을 더 가하여 절단선(B)을 따라 피절단물(P)을 부러뜨리는 공정을 의미한다. 본 발명의 일 실시예는 피가공물의 표면에서 연직 하방으로 절단면이 형성되도록 한다.

한편, 일 실시예에서, 레이저부(100)는 라인레이저빔(L)에 의해 가열되는 영역을 냉각시키는 냉각스프레이부(200)를 더 포함할 수 있다. 냉각스프레이부(200)는 피절단물(P)의 가열 영역을 포함하는 영역을 급속 냉각시킬 수 있다. 냉각스프레이부(200)는 노즐 등을 통해 예를 들어, 냉각수(물)을 분사시킬 수 있다. 냉각스프레이부(200)는 피절단물(P)의 표면 중 절단 예정선과 그 주변부 및 절단선(B)을 포함하는 영역에 냉각수를 분사시킬 수 있다. 이 때, 피절단물(P)은 냉각수의 기화열에 의해 급속 냉각될 수 있다.

이는, 피절단물(P)의 표면이 열 손상되는 것을 방지한다. 이는, 피절단물(P)에 대한 표면 온도의 더 큰 하강을 초래하여 열 응력의 차이를 더욱 크게 발생시킨다. 그 결과, 레이저부(100)는 더 낮은 에너지의 라인레이저빔(L)을 발진할 수 있다. 또한, 냉각스프레이부(200)로 인해 크랙의 전파는 더 강화될 수 있다.

이런 냉각스프레이부(200)는 일 실시예에서 특히 제3단계에서 동작할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 제3단계에서 라인레이저빔(L)과 이격 배치되며, 라인레이저빔(L)의 이동과 연동하여 제어되는 냉각스프레이부(200)를 통해 피절단물(P)의 표면을 냉각시키는 제3-1단계를 더 포함할 수 있다. 냉각스프레이부(200)(200)에 의한 냉각으로 레이저부(100)의 출력은 10% 이상 감소될 수 있다.

한편, 일 실시예에서 레이저부(100)가 피절단물(P)의 상측 공간 중 어느 일 지점에 위치할 때, 피절단물(P)의 표면에 형성되는 냉각스프레이부(200)에 의한 분사 영역(W)은 라인레이저빔(L)에 의한 조사 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 분사 영역(W)은 노즐 분사 등을 고려할 때, 원형 또는 타원형 등으로 형성될 수 있다. 반면, 조사 영역은 선형, 길이가 긴 직사각형 등의 모양일 수 있다. 한편, 분사 영역(W)은 가열 영역을 포함할 수 있다. 가열 영역은 라인레이저빔(L)에 의한 조사로 인해 피절단물(P) 표면이 가열되는 영역이며 조사 영역을 포함하는 더 넓은 영역을 의미한다. 즉, 냉각스프레이부(200)는 조사 영역 또는 가열 영역을 포함하는 영역에 냉각수를 분사시킬 수 있다.

도 6은 종래의 기술과 본 발명의 일 실시예에 따라 절단된 절단면을 비교하여 나타낸 사진이다. 도 6을 참고하면, 냉각스프레이부(200)에 의한 제3-1단계를 더 포함하는 경우, 급속 냉각을 통해 피절단물(P)의 표면 거칠기가 매우 낮아진다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 냉각스프레이부(200)에 의한 제3-1단계를 더 포함하는 경우, 급속 냉각을 통해 그 절단면에 줄무늬 등이 없어 절단면의 품질을 현저하게 향상된다는 것을 확인할 수 있다. 이는, 라인레이저빔(L)에 의한 절단 공정 이후 별도 마감을 위한 가공 공정을 불요하게 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 라인레이저빔(L)을 사용하여 피절단물(P)을 선형으로 절단하는 방법에 대한 순서도이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 라인레이저빔(L)의 에너지 프로파일을 보여주는 사진이며, 도 5a 내지 도 5b는 도 2에 따른 공정 중 일부를 보여주는 개략도이다.

도 2, 도 3, 도 5a 및 도 5b를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물(P)을 선형으로 절단하는 방법은 제1단계 내지 제4단계를 포함할 수 있다. 이하, 다른 실시예를 상술하는 과정에서, 전술한 일 실시예에 대한 설명과 중복되는 부분은 그 설명을 생략한다.

제1단계는 절단 예정선의 양단에 엣지(edge)크랙이 형성되며, 취성 재료로 이루어진 피절단물(P)을 레이저부(100)의 하측에 로딩, 배치하는 단계이다. 한편, 다른 실시예에 따른 엣지크랙(E)은 절단 예정선의 연장 방향에 배치되는 선형홈인 것이 바람직하다.

엣지크랙(E)은 크랙이 어느 일 방향 즉, 절단 예정선 방향으로 용이하게 전파되도록 방향성을 제공한다. 일 실시예에 따른 선형홈은 예를 들어, 깊이 30 내지 90 um, 폭 20 내지 80um, 길이 0.5 내지 1.5 mm 범위를 갖는 직육면체 형상의 홈일 수 있다.

제2단계는 레이저부(100)에 의해 발생되는 라인레이저빔(L)을 엣지크랙(E) 중 어느 하나에 조사하여 엣지크랙(E)과 연결되는 크랙을 추가적으로 형성하는 단계이다. 다른 실시예에서, 피절단물(P)의 표면에는 엣지크랙(E)과 엣지크랙(E)을 연결하는 절단 예정선이 배치될 수 있다. 제2단계에서, 엣지크랙(E)과 절단 예정선 일부를 포함하는 영역에 라인레이저빔(L)을 조사하여, 엣지크랙(E)에서 절단 예정선 방향으로 연결되는 크랙을 형성할 수 있다. 엣지크랙(E)은 라인레이저빔(L)에 의한 크랙의 전파 방향을 유도한다.

다른 실시에에서, 레이저부(100)는 어느 일 장단축 비율을 갖는 라인레이저빔(L)을 발생시킬 수 있다. 라인레이저빔(L)은 길이 방향(장축(d1))과 폭 방향(단축(d2))으로 각각 일정 길이를 갖는 라인(선형, 직선형) 단위 모양의 레이저빔을 의미한다. 이 때, 장단축 비율은 일 실시예에서 전술한 바와 동일한 바, 이하 생략한다. 또한, 라인레이저빔(L)에 대한 다른 조건 역시 전술한 바와 동일한 바, 이하 생략한다.

제3단계는 엣지크랙(E) 중 나머지 다른 하나를 향해 라인레이저빔(L)을 직선 이동시키면서 크랙을 연결하는 단계이다. 이 때, 레이저부(100)는 라인레이저빔(L)의 장축(d1)이 절단 예정선을 따라 이동할 수 있도록 구동된다. 전술한 것처럼, 제3단계에서, 크랙의 전파는 절단 예정선을 따라 선형으로 진행될 수 있다.

제3단계에서, 라인레이저빔(L)은 라인레이저빔(L)의 장축(d1)이 라인레이저빔(L)의 직선 이동 방향과 일치되도록 조사된다. 다른 실시예에서, 라인레이저빔(L)의 에너지 분포는 장단축이 교차되는 중심부를 기준으로 연속적으로 변화한다. 그 결과, 라인레이저빔(L)이 직선 이동되면 절단 예정선과 그 주변부는 온도의 급속 상승과 하강이 발생할 수 있다. 이는, 온도 차이에 기인한 열 응력 상태의 변화를 초래하고, 크랙의 전파를 강화하면서 크랙과 크랙을 효과적으로 연결시킨다.

또한, 일 실시에에서, 라인레이저빔(L)의 이동 경로를 크랙의 전파 경로와 일치시키는 것이 바람직하다. 한편, 크랙의 전파 경로는 절단 예정선과 일치한다. 일 실시예에서 절단 예정선은 직선 경로인 것이 바람직하다.

제4단계는 엣지크랙(E)과 크랙이 연결되어 형성되는 선형의 절단선(B)에 의해 피절단물(P)을 절단하는 단계이다. 어느 일단의 엣지크랙(E)에서 시작되는 크랙은 타단의 엣지크랙(E)으로 전파되어 타단의 엣지크랙(E)과 연결된다. 이를 통해, 다른 실시예는 피절단물(P)에 대해 통제 가능한 수준에서 크랙의 전파 방향을 보다 효과적으로 조절할 수 있다. 그 결과, 엣지크랙(E)과 엣지크랙(E)이 크랙의 전파에 의해 서로 연결되도록 하며, 선형의 절단선(B)을 형성시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 절단선(B)에 의한 피절단물(P)의 절단 폭은 일정하게 형성된다. 이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서 피절단물(P)은 기존 브레이킹 공정 없이 절단될 수 있다.

한편, 다른 실시예에서, 레이저부(100)는 라인레이저빔(L)에 의해 가열되는 영역을 냉각시키는 냉각스프레이부(200)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 냉각스프레이부(200)는 제4단계에서 동작할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예는 제4단계에서 라인레이저빔(L)과 이격 배치되며, 라인레이저빔(L)의 이동과 연동하여 제어되는 냉각스프레이부(200)를 통해 피절단물(P)의 표면을 냉각시키는 제4-1단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 다른 실시예에서 레이저부(100)가 피절단물(P)의 상측 공간 중 어느 일 지점에 위치할 때, 피절단물(P)의 표면에 형성되는 냉각스프레이부(200)에 의한 분사 영역(W)은 라인레이저빔(L)에 의한 조사 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 분사 영역(W)은 노즐 분사 등을 고려할 때, 원형 또는 타원형 등으로 형성될 수 있다. 한편, 분사 영역(W)은 가열 영역을 포함할 수 있다. 즉, 냉각스프레이부(200)는 조사 영역 또는 가열 영역을 포함하는 영역에 냉각수를 분사시킬 수 있다.

그 결과, 피가공물의 표면 및 절단면의 품질은 현저하게 향상될 수 있다

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 레이저부
200: 냉각스프레이부
L: 라인레이저빔
P: 피절단물
E: 엣지크랙
W: 분사 영역
B: 절단선
d1: 라인레이저빔의 장축
d2: 라인레이저빔의 단축

Claims

취성 재료로 이루어진 피절단물을 레이저부 하측에 로딩, 배치하는 제1단계;
상기 레이저부에 의해 발생되는 어느 일 장단축 비율을 갖는 라인레이저빔을 상기 피절단물에 조사하여 크랙을 형성하는 제2단계;
상기 피절단물의 절단 예정선 방향을 따라 상기 라인레이저빔을 직선 이동시키면서 상기 크랙을 연결하여 선형의 절단선을 형성하는 제3단계; 및
상기 절단선에 의해 상기 피절단물을 절단하는 제4단계;를 포함하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법.
절단 예정선의 양단에 엣지(edge)크랙이 형성되며, 취성 재료로 이루어진 피절단물을 레이저부의 하측에 로딩, 배치하는 제1단계;
상기 레이저부에 의해 발생되는 라인레이저빔을 상기 엣지크랙 중 어느 하나에 조사하여 상기 엣지크랙과 연결되는 크랙을 추가적으로 형성하는 제2단계;
상기 엣지크랙 중 나머지 다른 하나를 향해 상기 라인레이저빔을 직선 이동시키면서 상기 크랙을 연결하는 제3단계; 및
상기 엣지크랙과 상기 크랙이 연결되어 형성되는 선형의 절단선에 의해 상기 피절단물을 절단하는 제4단계;를 포함하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 레이저부는 상기 라인레이저빔에 의해 가열되는 영역을 냉각시키는 냉각스프레이부;를 더 포함하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 라인레이저빔은 상기 라인레이저빔의 장축이 상기 라인레이저빔의 직선 이동 방향과 일치되도록 조사되는 것을 특징으로 하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 레이저부가 상기 피절단물의 상측 공간 중 어느 일 지점에 위치할 때,
상기 피절단물의 표면에 형성되는 상기 냉각스프레이부에 의한 분사 영역은 상기 라인레이저빔에 의한 조사 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 라인레이저빔의 파장은 500 내지 1100nm인 것을 특징으로 하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 엣지크랙은 상기 절단 예정선의 연장 방향에 배치되는 선형홈인 것을 특징으로 하는 라인 레이저빔을 사용하여 피절단물을 선형으로 절단하는 방법.