레이저 클리닝(Laser Cleaning)이란?
레이저 클리닝은 고에너지 레이저 빔을 사용하여 공작물 표면의 녹, 오염물, 코팅 등을 순간적으로 기화시키거나 박리하여 제거하는 공정입니다. 기존의 기계적, 화학적, 초음파 세정 방식과 달리, 오존층을 파괴하는 유기 용매를 사용하지 않으며, 환경 친화적이고 소음이 적어 "그린 클리닝(Green Cleaning)" 기술로 각광받고 있습니다.
레이저를 활용한 클리닝 기법은 환경에 민감하거나 섬세한 표면에서 정밀한 가공성을 보이며 자재의 손상을 최소화 할 수 있으며, 여러 공정들 사이에 위치해 전후작업의 효율성을 높일 수 있는 기술로 알려져 있습니다. 브러시, 화학 약품과 같은 전통적인 방식과 달리 비 접촉식 작업으로 작업자의 안전 확보할 수 있고 유해물질을 감소시키는 환경 친화적인 기술로도 인정받아 현재는 자동차, 항공 우주, 조선업 등 여러 산업 분야에서 활용되고 있습니다
최근 전기배터리 시장과 모빌리티 시장을 선도하는 기업에서도 레이저 클리닝에 관심을 보이고 있습니다. 배터리 사이즈가 증가하고 형상이 다양화 되면서 이전에 클리닝 기술에서는 할 수 없는 섬세한 가공과 신뢰할 수 있는 공정 일관성을 확보하는 것이 중요해졌기 때문입니다. 기업들이 왜 레이저 클리닝 기술을 택할 수 밖에 없는지 알아보겠습니다.
레이저 클리닝은 크게 두가지로 분류 될 수 있습니다. 첫번째 산소에 반응해 부식되거나 기타 오염 물질을 제거하는 목적의 ‘클리닝’. 두번째 접합과 코팅과 같은 공정 전 단계에서 효율성을 높일 수 있는 표면처리를 하는 ‘텍스쳐링’으로 분류할 수 있습니다.
레이저 클리닝의 특징 및 장점
비접촉 방식: 레이저 빔이 일정 거리에서 조사되므로, 표면에 기계적 손상을 가하지 않음.
정밀한 세정 가능: 특정 영역만 선택적으로 세정 가능하여 추가적인 마스킹 과정이 불필요.
고속 처리: 수백 평방인치의 면적을 초당 세정 가능하며, 시간당 10,000 평방피트 이상의 면적을 처리할 수 있음.
안전성 향상: 분진, 화학 용제, 소음 등의 유해 요소를 제거하여 작업자의 건강을 보호.
지속 가능성: 소모품이 필요 없으며, 에너지 소비가 적고 CO₂ 배출량이 낮음.
경제성 우수: 유지보수 비용이 낮고, 장기적으로 운영 비용이 절감됨.
레이저 클리닝
스크래핑, 화학 약품, 샌드블라스팅과 같은 물리적인 클리닝 방식은 작업자의 기술력에 따라 품질에 차이가 있으며, 시간과 제품에 손상이 많이 간다는 큰 단점이 있습니다. 또한 화학 약품과 샌드블라스팅의 경우 유해한 환경에서 작업을 진행해야하고 클리닝 작업 후 처리하는데 높은 비용과 번거로운 절차들이 있어 이를 보완할 수 있는 레이저 클리닝 기술을 찾고 있습니다.
레이저 클리닝 시스템은 아래와 같은 진행과정을 거치며 필요한 부위에 빠르고 손상없는 이물질 제거를 제공합니다. 특정 파장을 가진 펄스, 주파수 제어가 가능하며 모재의 특성에 맞춰 작업의 효율성과 품질 안정성을 제공함과 동시에 실시간 모니터링을 통한 제어가 가능합니다.
복잡한 형상과 구조에 적합한 클리닝을 제공합니다. 표면에 맞춰 다양한 빔 형상과 사이즈 조절을 통해 사용자가 원하는 품질을 구현할 수 있습니다. 배터리의 형상이 다양화 되고 소형화 되는 과정에서 해당 기술을 가장 적합한 솔루션을 제공합니다. 작은 스팟으로 복잡한 형상도 무리없이 클리닝 작업을 수행해 품질의 가공성을 높일 수 있습니다.
레이저 텍스쳐링
접합, 코팅과 같은 과정을 수행하기 전 소재에 레이저를 통해 미세 요철을 형성시키는 기술로 약한 결합, 발열 문제를 해결할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 각형 배터리의 경우 can-cap 용접부에 텍스쳐링 기술을 적용해 기밀성을 높여 안정성을 확보할 수 있으며 원통형 배터리는 내부 포일에 텍스쳐를 만들어 도포물 간의 점착력을 강화할 수 있습니다. 해당 과정에서 소재 조성과 용도에 맞는 미세 텍스쳐 구형이 가능해 용도에 맞는 레이저 가공을 제공할 수 있는 유연성 또한 큰 장점입니다.
열은 전기차 배터리 수명을 단축시키는 주 원인으로 알려져 있습니다. 레이저 텍스쳐링은 접합면적을 넓혀 저항에 의한 발열을 최소화 시키고 냉각루프와 페이스트간의 접폭면을 넓혀 냉각 효율을 높여 배터리 안정성 향상시켜 배터리 수명 단축을 지연시킬 수 있습니다
위의 1,2번의 레이저 클리닝, 텍스쳐링을 결합해 사용하는 것은 더 나은 솔루션으로 제공될 수 있습니다. 가공 전/후 단계에서 전처리 후 재처리 과정을 거치며 품질의 향상과 오염된 지그의 청결을 유지할 수 있어 제품의 동일한 품질도 확보할 수 있습니다.
레이저 클리닝 vs. 기존 세정 방식 비교
클리닝 방식 | 특징 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|
연마 블라스팅(Abrasive Blasting) | 고압의 공기 또는 물로 연마 입자를 분사하여 표면을 세정 | 빠른 속도, 강력한 세정력 | 소모품(연마재) 필요, 분진 발생, 폐기물 처리 비용 높음 |
드라이 아이스 블라스팅(Dry Ice Blasting) | CO₂ 드라이아이스 입자를 분사하여 세정 | 연마재 폐기물 없음, 부드러운 세정 가능 | 드라이아이스 소모품 비용 높음, 환경적 부담 증가 |
화학 세정(Chemical Cleaning) | 화학 용제를 사용하여 오염물 제거 | 높은 세정력, 복잡한 형상도 가능 | 독성 화학물질 사용, 폐기물 처리 필요, 작업자의 건강 위험 증가 |
열 세정(Thermal Cleaning) | 고온을 이용하여 표면 오염물을 연소 | 대량 처리 가능 | 높은 에너지 소비, 기판 손상 가능, 선택적 세정 불가 |
레이저 클리닝(Laser Cleaning) | 고에너지 레이저로 오염물 증발 또는 박리 | 비접촉, 정밀 세정, 친환경적, 유지비용 절감 | 초기 장비 투자비용 높음 |
레이저 클리닝의 주요 산업별 적용 사례
1. 용접 및 절단 공정 개선
레이저 용접 및 절단 공정에서 표면의 산화물, 기름, 먼지 등이 존재하면 품질이 저하될 수 있습니다. 레이저 클리닝을 활용하면 용접 전 표면을 깨끗하게 정리하여 용접 결함을 줄이고 접합 강도를 높일 수 있으며, 용접 후 잔여 슬래그를 제거하여 미세한 마감 품질을 확보할 수 있습니다.
2. 중공업 및 제조업
조선, 철강, 자동차 산업 등에서는 부품의 녹 제거, 용접 전·후 처리, 유지보수 작업 등에 레이저 클리닝이 적용됩니다. 특히, 전통적인 샌드블라스팅이나 화학 세정에 비해 비용 절감과 환경 보호 효과가 커 활용도가 높아지고 있습니다.
3. 항공우주 및 에너지 산업
터빈 블레이드, 항공기 부품, 원자력 시설의 제염 등에서 레이저 클리닝이 사용됩니다. 높은 정밀도를 요구하는 산업 분야에서 안전하고 효과적인 세정 솔루션을 제공하며, 유지보수 시간을 단축할 수 있습니다.
4. 식품 및 의료 분야
식품 생산 라인의 몰드, 의료 기기 등의 세정에 적용되며, 무화학적 세정 방식으로 위생적인 환경을 유지할 수 있습니다.
WHY K2?
레이저 클리닝은 기존의 세정 방식과 비교하여 높은 정밀도, 환경 친화성, 비용 절감 등의 이점을 제공합니다. 용접 및 절단 공정의 품질 향상부터 중공업, 항공우주, 에너지, 의료, 식품 산업까지 다양한 분야에서 적용 가능하며, 지속 가능한 산업 환경을 구축하는 핵심 기술로 자리 잡고 있습니다.
초고속 위블 스캐너를 통해 모재 손상 없는 클리닝 제공하며 유연한 영역 지적 및 고밀도 핫스팟 구현 기술을 보유하고 있으며 대면적 클리닝 시 라인 형상의 고출력 CW 레이저로 열처리를 위한 균일한 에너지 분산을 구현하고 있습니다. 해당 기술로 용접의 품질과 심도가 향상되어 전기적 저항과 발열을 줄여 배터리 수명과 품질을 높일 수 있는 솔루션을 제공합니다
