과하게 표현하자면 빛은 생명의 근원이다. 그리고 인간은 그 빛을 통해서 사물을 보고 빛이 만들어내는 ‘순간순간’에 감동한다. 이러한 빛 중에서 레이저는 보통 빛과는 다른 우수한 특성들 지니고 있다. 그리고 그 우수한 특성은 용접을 하는 데 사용되기도 한다.
우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 레이저의 예로는 프레젠테이션 등의 발표를 할 때 화면의 한 부분을 가리키는 레이저 포인트를 들 수 있다.
이 외에도 의료 장비 분야에서 신체의 작은 부분을 절단하거나 안과수술 시 예민한 부분을 섬세하게 잘라야 할 때, 혹은 피부 관리를 받을 때 등 의료용으로도 많이 사용된다. 또한 빛의 간섭 정보를 필름에 기록해 물체의 3차원 정지영상을 저장하는 홀로그래피 기술에도 레이저가 사용된다.   

레이저(Laser: Light Amplification by stimulated emission of radiation)란 분자 안에 있는 전자, 또는 분자 자체의 들뜬 상태 입자들을 모이게 한 후 동시에 낮은 상태로 전이시킴으로써 보강 간섭을 이용해 빛을 증폭하는 장치로, 우리 생활 깊숙히 침투해 있다.
그 중 보편적으로 가장 널리 알려져 있는 분야가 의료용 레이저 기술이다. 하지만 레이저는 의료 외에도 통신, 정보처리, 계측, 가공, 생활기기, 원자력발전, 우주공학, 국방 등 다양한 분야에 다종다양한 방법으로 적용되고 있다. 

레이저의 원리
레이저(LASER)란 ‘Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation’의 머리글자를 딴 것으로, ‘유도방출에 의한 광 증폭’을 의미한다. 레이저 발진장치는 가늘고 긴 공진기 양쪽에 거울을 달고 있는 형태다.
그 사이에 레이저 매질을 채워 놓는다. 매질로는 고체, 액체, 기체, 반도체, 자유전자 등을 사용할 수 있으며 현재 30가지가 넘는 매질이 존재한다.
외부에서 에너지를 레이저 매질에 넣어 주면 매질에서 빛이 발생하고, 이때 발생하는 빛이 거울과 부분거울로 구성된 공진기 안에서 유도방출(stimulated emission)을 일으켜 증폭되어 강력한 레이저 광선이 된다.
이 광선은 파장과 위상, 진행 방향이 원래의 빛과 같다.

레이저의 종류
(1) 기체 레이저
균일한 매질이므로 손실이 적기 때문에 공진기를 크게 하면 이득이 좋게 되는 장점이 있다. 일반적으로 기체 레이저 장치는 규모가 크며 출력은 작아도 연속 발진이 가능하고 발진 파장의 수가 많아 가간섭성 등이 우수하다는 특징이 있다.

(2) 고체 레이저
소형 장치로부터 큰 출력을 얻을 수 있고 모드 동기(Mode Lock)에서는 단시간에 Pulse 빛을 얻을 수 있으며, Q-Switching(Q-Switch 발진)에서는 Peak Power가 큰 출력을 얻을 수 있다는 특징이 있다.

(3) 액체 레이저
현재 액체 레이저라고 하는 것은 대개 색소(Dye) 레이저다. 색소 레이저의 특징은 파장이 거의 연속적으로 변한다는 것으로, 그 영역은 자외선 영역에서 근적외선 영역까지 이른다.

(4) 반도체 레이저
전류를 흘리는 것만으로도 레이저 발진을 얻을 수 있고, 직접 트랜지스터 회로와 결합시켜 발진이나 변조를 시킬 수 있다. 또한 소형으로 신뢰성이 높으며, 양산성 등이 우수하다. 결점으로는 지향성에 결함이 있으며 출력이 작다는 것을 들 수 있다.

레이저 용접이란?
‘레이저 용접’은 레이저를 이용, 각각의 금속에 열을 가해 금속끼리 결합시키는 용접 방법이다. 고열이 어떤 물체에 닿게 되면 그 물체는 녹는다.
그러나 짧은 시간 순간적으로 원하는 만큼만 머무르게 하면 그 물체에서는 용접이 이루어진다. 레이저는 매우 높은 열을 사용하므로 금속에 조사하면 금속 표면의 온도가 급격히 올라가 표면 근처가 녹음과 동시에 증발하면서 가공이 이루어진다.
레이저 용접은 고열을 이용해 물체에 작용하므로 여러 면에서 유용하다. 레이저 용접은 순간적인 고열로 가공하여 물체의 열변형이 적고 단단하거나 깨지기 쉬운 재료의 가공이 쉬우며 물체에 직접 닿지 않아 공구의 마모가 없고, 복잡한 모양의 부품도 미세하게 가공할 수 있다.
또 작업 시에 소음과 진동이 없어 깨끗한 작업환경을 지속시키는 등의 장점을 안고 있다.

국내 레이저 용접의 종류와 적용 분야
현재 산업적으로 사용되고 있는 레이저는 그 매질의 종류에 따라 기체 레이저, 고체 레이저, 액체 레이저, 반도체 레이저로 구분된다.
레이저 용접 설비는 레이저소스, 광학 및 기계장치를 포함한 빔 전송장치, 용접가공기술의 3가지 중요 핵심요소 분야로 구성되는데, 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 종합적인 시스템이 갖춰져야만 최적의 성능을 발휘할 수 있다. 레이저 용접에 사용하는 레이저소스는 사용하는 레이저 종류에 따라 크게 CO2레이저, CW IR 레이저(fiber 레이저 및 disk 레이저 등), 펄스 YAG 레이저 등이 있다. 레이저 용접장비는 범용장비 보다는 특주품 형태로 많이 생산되는데 예를 들면, 자동차 부품의 용접 혹은 2차 전지의 특정한 공정에 최적화된 용접기이던지, 전기계전기의 접점용접기 등 한정된 용도에 맞게 용접장비가 구성된다. 이는 레이저 용접장비가 용접 대상물에 맞는 지그와 전체 공정라인에 맞게 운용돼야 하는 특성상 범용설비보다는 특주품 형태의 용접설비로 공급된다.
현재 국내 산업현장에서는 CO2 레이저 용접이 가장 많이 쓰이고 있다. 비단 국내뿐만 아니라 세계적으로도 CO2 레이저 용접이 가장 많이 쓰이는 것으로 알고 있다. 이 외에도 최근 국내에서는 정밀용접, 제품용접에는 Nd-Yag와 높은 파워를 요구하는 용접의 경우는 IPG, 디스크 레이저가 많이 쓰이고 있는 추세를 보이고 있다.
CO2레이저 및 고출력 CW IR 레이저(fiber 레이저 및 disk 레이저)는 자동차산업(차체 및 부품용접 등)에 주로 많이 사용되고 있으며 스캐너와 로봇의 연동작업으로 용접속도를 혁신적으로 빠르게 하는 Remote Welding System 개발이 완성단계에 있다.
펄스형 Nd:YAG 레이저 용접기의 대표적인 적용분야는 2차 전지(리튬이온전지, 리튬 폴리머 전지 등) 제조에서 용접설비, 슬림형 LCD TV 프레임의 정밀용접, 전자부품 용접, 기계부품용접 등 다양한 정밀용접분야에서 적용되고 있다.

국내 레이저 용접산업의 중요성
레이저 용접은 빠르고 정밀하게 용접을 할 수 있다는 강점을 안고 있다. 이로 인해 정밀하면서도 작업 시간을 줄일 수 있으며, 이는 곧 설비가 더 안정적으로 갈 수 있는 데 큰 몫을 하게 된다. 그러나 이 같은 강점으로 수 많은 업체가 레이저 용접을 적용할 듯 하지만 쉽게 적용을 하지 못하고 있는 것으로 알려진다. 이는, 각 업체마다 설비투자, 기술투자 등에 집중을 해야 하는데 아직까지는 대부분의 업체들이 상당히 영세하기 때문에 이러한 투자가 활발하게 이루어지지 못하기 때문으로, 한동안은 이 같은 상황을 유지할 것으로 보인다.
레이저 용접이 대부분 어떠한 첨가물 등을 필요로 하지 않는 용접임에는 틀림없다. 레이저 산업 자체가 굉장히 친환경적인 산업으로 손꼽히고 있기도 하다. 레이저라는 발생 원리가 외부에서 전기나 어떤 에너지를 발진매질에 가하여 발생한 빛을 이용하는 것이기 때문에 유독가스 발생이라던가 산업용 폐기물 등의 발생이 전혀 없다. 이 때문에 각 산업에서도 레이저 용접의 필요성과 중요성은 절실히 느끼고 있음은 확실하다.
레이저 용접을 하는 가장 큰 이유는 바로 모재의 손상이 없다는 것이다. 용접의 궁극적 목표는 손상과 변형 없이 본래의 형태를 유지하면서 접합을 하는 것이지만, 지금까지 써왔던 알곤, 티그, 미그 용접 방법은 모두 모재에 크랙(Crack)이 생기기 마련이었다. 즉, 용접을 한 부분이 온도 차에 의해 실금이 생기게 되는데, 이를 최소화 하기 위해서는 반드시 레이저 용접이 필요하다. 레이저 용접은 전기에너지를 빛 에너지로 변환해서 높은 에너지의 빛을 이용해 용접을 한다. 그러므로 순간적인 고열로 가공해 물체의 열변형이 적고 단단하거나 깨지기 쉬운 재료의 가공이 쉬우며 물체에 직접 닿지 않아 공구의 마모가 없고 복잡한 모양의 부품도 미세하게 가공할 수 있다. 또 작업 시에도 소음과 진동이 없어 작업환경이 깨끗하다는 장점을 안고 있다. 정부에서도 그 중요성을 인식하고 산업의 육성을 위해 힘을 쓰고 있는 상황이다.
레이저 용접은 초정밀 용접, 이종금속 용접 또는 용접 토치 등이 접근하기 곤란한 곳을 용접하는데 유용하게 쓰이고 있다. 이러한 장점을 가진 반면, 레이저 용접은 효율성이 낮고 단가가 고가라는 단점도 함께 안고 있다. 이러한 문제점으로 인해 시장 진입이 쉽지 않으며 중소기업에서는 더욱 적용하기가 어렵다. 특히, 기술적인 문제점을 간과할 수 없다. 즉, 완벽한 기술적 접근이 구사돼있지 않아 레이저용접의 적용범위가 상당히 좁은 것으로 사료된다. 과거 한때 통신산업으로까지 규모가 확대된다는 전망도 나왔지만, 현재로서 레이저 용접은 제자리 걸음을 하고 있다.
하이브리드 용접은 아크 속에서 레이저를 쏘는 이중적인 기술을 접목한 것으로, 학문적으로는 많이 전개가 됐지만 아직까지 현장에 보편화 돼있지는 않은 것으로 알려졌다.

국내 레이저 용접산업의 정부 정책과 육성방안

우리나라의 경우, 지난해부터 레이저에 꽤 많은 투자를 하고 있고 더 하려고 프로젝트 등을 진행 중인 것으로 알고 있다. 대표적으로 광주광역시를 광(光)산업의 메카로 육성하겠다는 발표와 함께 광산업 활성화를 진행 중이다. 단지, 미흡하다고 판단되는 부분이 실제적으로 산업화 되기에는 모자라는 부분들이 있다는 것이다. 앞서 언급했듯 레이저가 사용되는 데 비해 국내 시장은 상당히 협소하다. 그렇기 때문에 연구들이 진행되고 완료됐다 하더라도 일회성으로 끝나버리거나 실질적으로 산업화돼서 제품화 되는 것과는 상당한 괴리감이 있다.
최근 지식경제부를 중심으로 우리나라 레이저 산업을 체계적으로 육성하고 주력산업으로의 파급효과를 극대화하기 위한 정책연구가 진행 중이며 조만간 가시적인 정책들이 나올 예정이다. 레이저용접 전문기관의 필요성에 대하여서도 충분한 검토가 진행되고 있으며 체계적이고도 집중적인 육성방안이 기대된다.

출처: 메탈넷코리아