Rdworks Lab 63 내 레이저 커터는 거짓말을 하고 있었다
내 레이저 커터는 거짓말을 하고 있었다: 기계의 숨겨진 비밀 3가지
레이저 커터를 사용하다 보면 도무지 이해할 수 없는 현상과 마주칠 때가 있습니다. 왜 어떤 각인 작업은 표면이 거칠고, 섬세한 작업물에는 이상한 수직선이 나타나는 걸까요? 마치 이미지 위에 거친 삼베나 천을 덧댄 것처럼 말입니다. 저 역시 이 미스터리를 풀기 위해 제 기계를 파헤치기 시작했고, 그 과정에서 기계가 작동하는 방식에 대한 제 상식을 완전히 뒤엎는 예상치 못한 발견들을 하게 되었습니다. 이 글에서는 제가 알아낸 세 가지 놀라운 진실을 공유하고자 합니다.
1. '부드러운' DC 레이저는 사실 고주파 펄스 기계였다
저는 DC(직류) 전원으로 작동하는 레이저 튜브는 당연히 부드럽고 일관된 빔을 쏠 것이라고 믿어 의심치 않았습니다. 특히 다양한 회색 음영을 표현할 때는 더욱 그럴 것이라고 생각했죠. 하지만 그 믿음은 산산조각 났습니다.
각인 결과물에 나타나는 미세한 수직선들은 제 가정과 정면으로 배치되었습니다. 흥미로운 점은 'Kar'와 같은 최고급 기계의 결과물에서도 비슷한 패턴이 보인다는 사실이었습니다. 이것은 제 기계만의 문제가 아니라, 이 기술의 근본적인 특성일 수 있음을 시사했습니다.
결정적인 단서를 찾기 위해 WRECI나 EFR 같은 유명 레이저 튜브 제조사의 웹사이트를 샅샅이 뒤졌습니다. 바로 거기서 "사전 이온화(pre-ionization)"와 "고주파 임펄스 조각(high-frequency impulse engraving)"이라는 생소한 용어를 발견했습니다. 하지만 인터넷 어디에서도 "고주파 임펄스 조각"이 무엇인지 설명하는 자료를 찾을 수 없었고, 제조사에 이메일을 보내 문의했지만 답변은 '제로'였습니다. 이 숨겨진 비밀에 대한 호기심은 저를 직접 실험으로 이끌었습니다.
저는 낮은 출력(9%16%)에서 빔이 어떻게 작동하는지 직접 보기로 했습니다. 결과는 충격적이었습니다. 낮은 출력(912%)에서는 귀에 거슬리는 날카로운 '쉭' 소리가 났지만, 13~14%를 넘어서자 소리가 갑자기 '비단처럼 부드러워지는' 것을 발견했습니다. 빔이 불안정한 펄스 상태에서 안정적인 연속 빔으로 전환되는 순간을 제 눈과 귀로 직접 확인한 것입니다.
작동 전류가 4mA이고 튜브가 사전 이온화 상태에 있을 때, 레이저는 고주파 임펄스 조각에 사용될 수 있습니다.
핵심 요약: 옅은 각인을 위해 사용하는 낮은 출력 설정에서 레이저는 안정적인 빔이 아니라 매우 빠르게 깜빡이는 펄스였습니다. 이것이 바로 그토록 저를 혼란스럽게 했던, 각인 표면이 거칠고 입자처럼 보이는 질감을 만들어낸 진짜 이유였습니다.
2. 스테퍼 모터는 계산과 다른 움직임을 보였다
낮은 출력에서의 펄스 현상을 이해하고 나니, 새로운 의문이 생겼습니다. 안정적인 빔이 나와야 할 높은 출력으로 절단할 때, 왜 절단면 가장자리에 여전히 규칙적인 선이 나타나는 걸까요?
가장 논리적인 용의자는 스테퍼 모터였습니다. 저는 이론적인 분석에 착수했습니다. 제 기계의 NEMA 23 모터는 회전당 200 스텝을 가집니다. 구동 휠 직경을 계산하니, 모터가 한 바퀴 돌 때마다 벨트는 37.7mm 움직입니다. 이를 200 스텝으로 나누면 한 스텝당 이동 거리는 0.188mm가 됩니다. 이것도 엄청나게 작은 값이지만, 기계의 마이크로 스테핑 능력(6~7 마이크론까지 가능)에 비하면 '거대한' 수치였습니다.
계산은 명확했습니다. 이 미세한 움직임이 눈에 보이는 선을 만들 리가 없었죠. 저는 스테퍼 모터가 범인이 아니라고 확신하고 다른 곳을 찾아 헤맸습니다. 진짜 범인을 바로 눈앞에 두고도 말입니다.
핵심 요약: 이론적인 계산과 제품 사양이 항상 모든 것을 말해주지는 않는다는 교훈을 얻었습니다. 저는 수학적 계산을 너무 믿은 나머지, 스테퍼 모터가 원인일 가능성을 성급하게 배제하는 실수를 저질렀습니다.
3. 역설적인 해법: 더 부드러운 절단을 원한다면 더 빠르게 움직여라
이론이 막다른 길에 부딪혔을 때, 저는 모든 계산을 잠시 접어두고 직접 제 눈과 귀로 확인하기로 했습니다. 절단 과정을 초고속 카메라로 촬영하고 기계가 내는 소리에 집중했습니다.
슬로우 모션 영상은 놀라운 사실을 드러냈습니다. 영상을 자세히 보니 결정적인 증거를 포착할 수 있었습니다. 절단면 바로 뒤에서 피어오르는 열기 아지랑이(plume)는 완벽하게 부드럽고 연속적이었습니다. 만약 카메라가 흔들렸다면 이 아지랑이도 함께 흔들렸겠죠. 이것은 의심의 여지 없이, 절단 과정 자체가 '덜컹거리며' 진행되고 있다는 명백한 증거였습니다.
소리는 더욱 확실한 증거를 제공했습니다. 5mm/s와 같은 느린 속도에서는 스테퍼 모터가 극심하게 덜덜거리는 소리를 냈습니다. 이전의 계산에도 불구하고, 느린 속도에서 스테퍼 모터의 불규칙한 움직임이 절단면에 선을 만드는 주범이었던 것입니다.
스테퍼 모터가 멈췄다-출발, 멈췄다-출발을 반복하며 지옥 같은 소음을 내는 것을 들을 수 있습니다. 마치 브레이크와 액셀러레이터를 동시에 밟고 있는 것 같았죠.
핵심 요약: 이 발견에서 얻은 실용적인 해결책은 놀랍게도 역설적이었습니다. 더 부드러운 마감과 모터로 인한 선을 없애기 위한 핵심은 정밀도를 위해 속도를 늦추는 것이 아니라, 오히려 스테퍼 모터의 움직임을 부드럽게 만들기 위해 가능한 한 기계를 빠르게 움직이는 것이었습니다.
결론: 기계를 의심하고, 직접 확인하라
단순한 각인 문제에 대한 조사는 레이저 튜브와 모션 시스템에 숨겨진 작동 방식을 드러내는 여정이 되었습니다. 이 경험은 기계가 종종 설명서에 나와 있지 않은 방식으로 작동하며, 이론적 계산보다 직접적인 관찰이 더 정확한 답을 줄 수 있다는 중요한 사실을 다시 한번 일깨워 주었습니다.
이 모든 새로운 지식을 바탕으로, 다음 프로젝트에서는 3D 목재 조각에 이 원리들을 적용하여 품질을 얼마나 개선할 수 있을지 시험해 볼 생각입니다. 여러분의 기계는 어떤 비밀을 숨기고 있을까요? 때로는 당연하게 여겼던 것들에 질문을 던지는 것이 가장 위대한 발견의 시작일 수 있습니다.
