동시적 싱크로트론 조사를 기반으로 한 구리 핀 레이저 용접 최적화를 위한 개발 워크플로우

구리 소재의 용접을 위한 미래의 레이저 제조 공정을 설계하기 위해서는 점점 더 고급 분석 방법이 요구되고 있다. 인라인 현장(in situ) 진단을 활용하여 공정 역학의 원인과 결과 관계를 분석함으로써 레이저와 재료 간 상호작용을 보다 정확하게 설명할 수 있다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 신뢰성과 견고성이 높은 용접 공정 전략이 도출된다. 본 연구에서는 네 단계로 구성된 고급 방법론적 접근법을 제시하고 논의한다. 첫 번째 단계에서는 Capillary(기화관)의 형상 및 용접 결함 형성에 대한 기본적인 공정 설명을 개발한다. 이를 위해 Cu-ETP 및 CuSn6 소재에 용접을 수행하며, 레이저 출력, 용접 속도 및 초점 직경에 따라 변화하는 기화관의 시간적 및 공간적 동역학을 분석한다. 이러한 기본적인 공정이해를 바탕으로 I-핀 형태의 구리 핀 용접으로 연구를 확장한다. 이를 위해 핀 표면에 불순물 및 결함을 인위적으로 적용하여 공정 결과에 미치는 영향을 조사한다. 세 번째 단계에서는 레이저 강도 분포 조정을 통해 용접 공정에서 발생하는 결함을 보완하는 전략을 적용한다. 마지막으로, 최적의 용접 결과를 달성하기 위해 비전 센서 시스템을 적용한다. 본 연구는 독일 함부르크의 DESY(Petra III)에서 진행된 동시적 방사광 분석(in situ synchrotron analysis)을 기반으로 수행되었다. 이 실험을 위하여 TRUMPF TruDisk 레이저(100/400μm 파이버 직경), TRUMPF TruFiber 6000P(50/100μm 파이버 직경) 및 단일 모드 파이버 레이저(14μm 파이버 직경)가 사용되었다. 초점 직경은 실험에 따라서 광학비율로 조정되었다.