일반기술

화학적 초음파 가공 방법

*원리 및 구성테이블의 진공 척에 가공물을 설치 고정하고, 상기 진공 척에 설치된 가공물의 가공부위에 화학 물질이 첨가된 슬러리를 공급하는 공급하고, 상기 공구를 통해 가공물을 가공하고, 가공 중 가공물에서 측정되는 초음파의 가공 로드와 기 설정된 가공물에 대한 초음파의 설정 로드를 비교하고, 그 결과에 따라 상기 공구가 장착된 Z축 이송부의 위치를 보정하는 Z축 보정 하고, 가공이 완료되면 종료하고, 가공이 완료되지 않으면 상기 가공 단계로 피드백하는 가공 완료 확인하는 화학적 초음파 가공 방법이다. *기술적 배경경취재료 중 유리는 고강도, 고경도, 뛰어난 내열성, 내식성, 내마모성, 경량성 등 많은 장점을 가지고 있으나 가공하기 어려운 난삭재에 속한다. 이러한 유리의 가공법으로는 다이아몬드 절삭가공, ECDM, 초음파 가공, 불산에 의한 에칭, 엑시머 레이저 가공 등이 널리 사용되지만 이 중 초음파 가공은 공구의 형상이 직접 가공물에 전사된다는 특징을 가지고 있으며 형상정밀도와 고 애스펙트비(HAR: High Aspect Ratio)를 가질 수 있는 장점이 있다. 그러나 수십 ㎛이하 패턴을 가공할 경우에는 공구 제작 및 장착의 어려움이 있다. 또한 심한 공구 마모의 발생으로 인해 가공비가 고가이고, 대부분의 연구가 알루미나 등 세라믹에 한정되어 있다. 이러한 유리의 초음파 가공에서 소재제거율(material removal rate)은 가진 주파수, 공구의 가진 진폭, 가공력, 가공입자의 크기 등에 의해 결정된다고 알려져 있으나 대부분 실험을 통한 접근 방법에 그치고 있는 실정이다. 한편 일반적인 초음파 가공(USM: Ultrasonic Machining)은 공구의 한 진동 주기 안에 가공입자의 운동에 의한 재료의 중앙 및 측면 균열 파괴의 진전에 따른 칩핑 현상의 결과로 알려져 있다. 그러나 이러한 초음파 가공은 가공기구에 대한 정확한 규명이 부족하여 가공 조건의 최적화가 어려울 뿐만 아니라, 고 애스펙트비 가공 시 슬러리(Slurry)순환의 어려움이 있어 가공 시간이 많이 소요되는 문제점이 발생하였다. 또한 가공 시 표면 거칠기가 가공입자에 대한 의존도가 크므로, 가공입자에 따라 가공면의 거칠기에 한계가 있다는 단점을 가지고 있다. *중요성 및 독창성가공 시 가공 속도의 증가와 표면 거칠기를 향상시킬 수 있으며, 가공 시 화학적으로 안전하고 작업 환경을 개선할 수 있는고, 가공 부위를 보다 정밀하게 가공하는 화학적 초음파 가공 방법을 제공한다는 점에서 그 중요성이 있다고 하겠다.*적용제품 및 경쟁제품본 기술의 주요 적용제품은 화학적인 초음파 가공방법을 이용하는 초음파 가공기 이며, 경쟁제품 또한, 동일하다. * 특징 및 장점-첫째, 가공 입자에 의한 충격과 동시에 화학 물질에 의한 화학적 침식을 동시에 작용시킴으로써, 가공물의 가공 부위를 보다 빠르게 가공할 수 있는 장점이 있다. -둘째, 화학 물질에 의해 가공 계면이 침식됨에 따라 측면 크랙이 감소하고 반면에 수직방향의 크랙에 집중됨에 따라 가공흔의 크기가 작아져 종래의 일반적인 초음파 가공방법에 비하여 표면 거칠기를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. -셋째, 가공물에 가해지는 가공 로드에 따라 공구와 가공물 간의 이격 거리를 조정하여 해당 가공물에 대한 최적의 가공 로드를 유지하면서 가공함으로써, 가공 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 표면 거칠기를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. -넷째, 후드를 통해 가공 중에 발생되는 유해 가스 및 각종 이물질을 외부로 강제 배기함으로써, 실내 공간의 작업 환경을 개선하므로 작업자가 보다 화학적으로 안전하고 편리한 환경에서 가공 상태를 관리하는 것이 가능한 장점이 있다. -다섯째, 수평/수직 보정수단을 통해 가공 전에 공구에 대한 가공물의 수평 및 수직 상태를 보정하는 것이 가능함에 따라, 원하는 형상을 용이하게 만들 수 있을 뿐만 아니라 가공 작업에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.