박판의 자유형상 가공을 위한 레이저 성형에 관한 연구

Abstract

금형을 제작하지 않고 박판을 성형 하는 방법은 크게 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있다. 접촉식 방법은 프레스나 롤러 등을 이용하여 외압에 의해 재료에 스트레스를 가하여 변형을 일으키는 방법으로, 금형을 이용한 박판 성형과 그 메커니즘이 동일하다. 비접촉식 방법은 박판에 국부적으로 열을 가해 생긴 열응력(thermal stress)으로 변형을 일으키는 방법으로 물리적인 제약이나 공구의 마모가 없을 뿐만 아니라, 스프링백 현상이 없기 때문에 공정 설계가 비교적 간편하고, 정밀도가 우수한 장점이 있다[1]. 비접촉식 방법에 적용되는 열원으로는 가스화염(gas flame), 아크 플라즈마(arc plasma), 레이저 등이 이용되고 있다. 가스화염은 재료의 두께가 비교적 두꺼운 선박제조에 있어서 곡변형 공정에 주로 사용되고 있는데, 가스 화염과 아크 플라즈마의 경우에는 국부적인 가열이 비교적 어렵고, 재료의 두께 방향으로의 온도차 발생이 용이하지 않기 때문에 부가적인 수냉 시스템이 도입되어야 하는 단점이 있다. 이에 반해 레이저는 에너지 조절이 용이하고, 광학계를 이용한 조작이 가능한 데다가, 국부적인 순간 가열이 용이하기 때문에 부가적인 냉각 시스템이 필요치 않아 정밀 박판 성형에 이용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구에서는 주어진 형상을 입력정보로 하여 레이저 성형 공정 변수를 찾아내는 역문제 해결법을 제안하고, 2차원과 3차원 형상에 대해서 적용하였다. 또한 되먹임 제어를 통한 정밀도 향상 방법을 제안하고 실험으로 증명하였다.