파나소닉, 고강도 블루 WBC 기술 개발… DDL 애플리케이션과 미세제조 분야에서 혁신적 변화 가져와
높은 빔 품질을 갖춘 고강도, DDL 레이저 기술로 추후 미세제조 분야 적용 가능성 높아
파장빔 결합 기술
오늘날 자동차 산업은 점차 ‘전자화’ 및 ‘극소화’ 방향으로 치닫고 있는 한편 ‘고강도’ ‘디자인 유연성’ ‘생산성’ 측면에서의 요구도 높아지고 있는 추세이다. 이러한 환경 속에서 동, 금, 플라스틱 등 다양한 재료를 처리할 수 있는 미세제조 용도의 레이저에 대한 기대가 갈수록 높아지고 있다. 이 가운데서도 특히 높은 광학적 흡수효율을 갖춘 블루 레이저는 자동차 엔진과 배터리 등 동(copper) 제조 분야에서 높은 수요가 존재한다. 높은 수준의 정밀 프로세싱 과정에서는 높은 아웃풋 파워와 우수한 빔 품질을 갖춘 레이저 빔 광원을 필요로 한다.
그러한 빔 광원을 개발하기 위해 파나소닉은 2013년 미국 매사추세츠 소재 회사 테라다이오드(TeraDiode, Inc., TDI)와 손을 잡고 다수의 상이한 파장을 한데 결합한 빔인 WBC 기술을 개발해왔다. 2014년에 파나소닉은 WBC 기술[1]을 사용한 적외선 DDL를 장착한 세계 최초의 레이저 용접 로봇 시스템인 LAPRISS를 공개했다. 한편 2017년 회사는 TDI를 100% 소유 자회사로 인수하고[2] WBC 상에서의 아웃풋 파워 최적화와 파장 단축화 작업에 돌입했다.
고품질 빔 블루 레이저(파장대역폭 400~450nm)의 아웃풋 파워 최적화 작업은 WBC 기술을 통해 다수의 다이오드 바[3]로부터 나오는 100개 이상의 방사체를 결합시킴으로써 성공할 수 있었다.
이 WBC 기술은 각 파장 각도에서의 회절격자(diffraction grating)에 따른 각기 다른 파장을 갖는 다수의 방사체로부터 나오는 빔을 결합시켜준다. 그런 다음 부분적으로 투명한 거울들과 각 방사체 표면 가장자리 사이에서 공진기(resonator)가 형성된다. 그런 결과 아웃풋 빔은 BPP [4] 1.5mm·mrad라는 높은 수준의 빔 품질을 갖춘 135W의 출력을 낼 수 있게 된다.
추후에 파나소닉은 이 레이저 빔 광원이 장착된 프로세싱 시스템과 레이저 프로세싱 최적화 기술을 개발할 예정이다.
파나소닉은 2020년 2월 1일부터 6일[3] 사이에 샌프란시스코에서 개최되는 PHOTONICS WEST 2020 행사에 참가하여 회사의 기술적 성과를 설명하는 전시회와 강의 세션을 가질 예정이다.
이 연구개발 사업은 일본 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)가 의뢰한 TACMI 프로젝트(“고휘도·고효율 차세대 레이저 기술 개발”)의 데이터의 일부를 활용해서 이뤄진 것이다.
[애플리케이션] 레이저 프로세싱(용접, 절단 등)
[특허] 국내외 특허 총 571건(특허출원 중인 경우도 포함)
주 :
*1 : 파나소닉 관련 토픽
2014년 4월 15일 : 파나소닉, 레이저 용접 로봇 시스템 공개. 세계 최초의 고용량 디렉트 다이오드 레이저 장착 ‘LAPRISS’
https://news.panasonic.com/jp/topics/2014/38440.html (일본어)
*2 : 파나소닉 보도자료
2017년 1월 6일 : 파나소닉, 미국 소재 산업용 레이저 스타트업 테라다이오드에 대해 100% 지분 인수
https://news.panasonic.com/global/press/data/2017/01/en170106-3/en170106-3.html
*3 : PHOTONICS WEST 2020, 샌프란시스코, 2020년 2월 1~6일
용어집
[1] 파장빔 결합(WBC) 기술: 각기 다른 회절 격자를 갖는 다수의 DDL(디렉트 다이오드 레이저)로부터 나오는 상이한 파장을 갖는 빔을 결합시키는 기술
[2] 빔 품질: 빔을 결합시키는데 얼마나 쉬운지를 표시하는 지표. 빔 품질이 높은 경우 직경이 작고 시준(collimate) 특성이 높다.
[3] 다이오드 바: 한 개의 반도체 칩 어레이 구성에서 다수의 이미턴스 스트라이프(방사체)를 갖는 레이저 바
[4] BPP(빔 파라미터 프로덕트): 이는 초점 포지션에서 빔 웨이스트(beam waist)의 지름 r0에 빔 확산각의 반지름의 절반(θ)을 곱한 값이다. BPP = r0xθ. 여기에서 단위는[mm·mrad]로 표시된다. BPP가 작을수록 빔 품질은 더 높아진다.
파나소닉(Panasonic) 개요
파나소닉 코퍼레이션(Panasonic Corporation)은 소비자가전, 주택, 자동차, B2B 분야에서 다양한 전자 기술과 고객 솔루션을 개발하는 세계적인 선도기업이다. 2018년 창립 100주년을 맞이한 파나소닉은 전 세계로 시장을 확대하고 있으며 현재 582개의 자회사와 87개의 관련 회사를 운영하고 있다. 2019년 3월 31일로 종료된 회계연도의 연결순매출액은 8조30억엔에 달했다. 다양한 사업부에서 혁신을 통한 새로운 가치 추구를 지향하고 있는 파나소닉은 고객을 위한 더 나은 삶과 더 나은 세상을 창조하기 위해 노력하고 있다. 자세한 내용은 파나소닉 웹사이트(http://www.panasonic.com/global) 참조.
출처: https://news.panasonic.com/global/press/data/2020/01/en200129-2/en200129-2.html
관련 링크
파나소닉(Panasonic)
산업 기기 / 솔루션
https://industrial.panasonic.com/ww
테라다이오드(TeraDiode, Inc.)
https://www.teradiode.com/
비즈니스 와이어(businesswire.com) 원문 보기: https://www.businesswire.com/news/home/20200128005907/en/
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