SF 작품 게시판 - 영화/애니/만화/소설/드라마/다큐멘터리
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제 전공이 이런 거라 이런 얘기를 몇 자 적습니다.
현재도 레이저를 이용하여 강판을 자르고, 똟고 붙입니다.
지금부터 적는 내용은 어디까지나 현재의 예를 든 것입니다.
레이저를 이용하는 경우 언제나 레이저의 열에너지를 이용합니다. 레이저를 발생할 때 어떤 물체에 어떤 방식으로 레이저 발진을 시도했는가에 의해 단면적 당 에너지가 결정되게 됩니다. 즉, 발진기의 구경이 클 수록, 더 많은 레이저 에너지가 모이죠. 그런데 실제 이용할 경우, 어느정도 이상의 에너지 밀도가 필요해지는데(부족하면 그건 조명등 밖에 안됩니다.) 이를 위해 고등학교 물리 시간에 배운 광학의 오목 거울과 볼록렌즈가 이용됩니다. 현재는 상업적인 이유로 금속 오목 거울을 주로 이용합니다. 이렇게 빛을 한 점에 모아 에너지 밀도를 높여서 레이저를 이용합니다. (예를 들어 돋보기로 태양빛을 모아 개미를 태우듯이)
레이저가 금속 표면에 닿게 되면, 순간적으로 그 부분의 온도가 상승하게 되고, 레이저 조사점의 금속이 녹거나 증발하며 금속이 사라집니다.
그런데 이 경우 문제가 되는 것이 빛을 모아서 이용하므로 빛의 경로의 초점 부근만이 에너지 밀도가 높고 그 외의 지점은 밀도가 낮아 아주 특정한 점 부근(초점) 에서만 레이저 이용이 가능합니다. 거기에 금속은 CO2레이저(현재 대출력을 낼 수 있는 유일한 레이저)의 빛의 파장을 매우(!!) 잘 반사하므로, 대부분의 레이저 에너지는 표면에서 반사하여 엉뚱한 곳으로 갑니다.(적색 경보2 에서 프리즘 탱크의 광선을 탱크에 쏘면 주변에 튀는 것이 바로 이 이유입니다.) 간단히 말해 금속 표면을 열심히 닦아서 반짝 반짝 광을 내면, CO2 레이저 에너지의 95-90%정도를 간단히 반사할 수 있습니다. 거기에 금속은 뛰어나 도체이기에 레이저에 영향을 받는 부분을 한정하기 어려워 (열이 조사점 주의로 퍼집니다.) 깨끗한 절단면을 얻기 힘듭니다. 뭐, 그래도 열로 매끈하게 다듬어지기는 하지만요.
단, 레이저의 에너지 밀도를 절묘하게 조절하면, 합금의 경우 표면의 경도를 획기적으로 높일 수 있습니다. 합금들의 경우, 열처리라는 과정을 거치면 표면의 경도가 상승합니다. 예를 들어 강철로 된 칼을 뜨겁게 달궜다가 갑자기 식히면, 표면의 경도가 증가합니다. (옛날에 칼 만들던 모습을 떠올리시길) 그러면 보다 날카롭고 마모에 강한 표면을 얻을 수 있습니다, 단 잘 부러지게 되지만. 레이저의 경우, 아주 손 쉽게 이런 현상을 일으킬수 있습니다. 금속이 녹지 않을 정도의 에너지 밀도로 표면을 달구고 레이저를 끄면, 조사점의 에너지가 주의의 금속으로 퍼져나가며(금속은 열 전도율이 높지요) 급격히 식게 되고 따라서 경도가 높은 금속면을 얻을 수 있습니다.
그 장면에 대한 제 생각은 이렇습니다. 먼저 어떤 식으로든 무뎌진 칼날을 갈았다.(단 이 때는 레이저를 이용하지 않는다. 왜냐하면, 레이저로 절단하면, 둥그스름한 면은 나와도 예리한 면은 얻을 수 없기 때문이다.) 그리고 나서 날카로운 면의 경도를 늘리기 위해 레이저로 지지는 중이다.
만약 이용하는 장비가 레이저가 아니라, 전자 빔이라면,(이 역시도 현재 이용 중) 아예 절단도 가능합니다. 그것도 매우 예리하게....
전자를 고속으로 사출하여 금속 표면에 충돌시키고 이 때 발생하는 열로 금속을 증발시키는 방법이 있는데, 이 경우 무시무시한 정밀도와 표면을 얻게 됩니다만, 작업 중 대량의 유해한 전자기파(예를 들어 감마선과 x선 등등)이 발생합니다. 거기에 대기 중의 공기에 부딪히며 산란하는 전자로 에너지 낭비가 증가하겠죠. 또한, 현재는 대량의 전자를 얻고 가속하는데 가공기 내부를 진공으로 유지하는데 에너지(돈)가 너무 많이 들어 이용하려면 눈 돌아가는 비용을 지불하고 무지막지하게 긴 가공 시간을 참아내야 합니다.
뭐 그래도 한방에 모든 고민을 해결해주기는 하죠. 칼 갈고 표면처리까지.
현재도 레이저를 이용하여 강판을 자르고, 똟고 붙입니다.
지금부터 적는 내용은 어디까지나 현재의 예를 든 것입니다.
레이저를 이용하는 경우 언제나 레이저의 열에너지를 이용합니다. 레이저를 발생할 때 어떤 물체에 어떤 방식으로 레이저 발진을 시도했는가에 의해 단면적 당 에너지가 결정되게 됩니다. 즉, 발진기의 구경이 클 수록, 더 많은 레이저 에너지가 모이죠. 그런데 실제 이용할 경우, 어느정도 이상의 에너지 밀도가 필요해지는데(부족하면 그건 조명등 밖에 안됩니다.) 이를 위해 고등학교 물리 시간에 배운 광학의 오목 거울과 볼록렌즈가 이용됩니다. 현재는 상업적인 이유로 금속 오목 거울을 주로 이용합니다. 이렇게 빛을 한 점에 모아 에너지 밀도를 높여서 레이저를 이용합니다. (예를 들어 돋보기로 태양빛을 모아 개미를 태우듯이)
레이저가 금속 표면에 닿게 되면, 순간적으로 그 부분의 온도가 상승하게 되고, 레이저 조사점의 금속이 녹거나 증발하며 금속이 사라집니다.
그런데 이 경우 문제가 되는 것이 빛을 모아서 이용하므로 빛의 경로의 초점 부근만이 에너지 밀도가 높고 그 외의 지점은 밀도가 낮아 아주 특정한 점 부근(초점) 에서만 레이저 이용이 가능합니다. 거기에 금속은 CO2레이저(현재 대출력을 낼 수 있는 유일한 레이저)의 빛의 파장을 매우(!!) 잘 반사하므로, 대부분의 레이저 에너지는 표면에서 반사하여 엉뚱한 곳으로 갑니다.(적색 경보2 에서 프리즘 탱크의 광선을 탱크에 쏘면 주변에 튀는 것이 바로 이 이유입니다.) 간단히 말해 금속 표면을 열심히 닦아서 반짝 반짝 광을 내면, CO2 레이저 에너지의 95-90%정도를 간단히 반사할 수 있습니다. 거기에 금속은 뛰어나 도체이기에 레이저에 영향을 받는 부분을 한정하기 어려워 (열이 조사점 주의로 퍼집니다.) 깨끗한 절단면을 얻기 힘듭니다. 뭐, 그래도 열로 매끈하게 다듬어지기는 하지만요.
단, 레이저의 에너지 밀도를 절묘하게 조절하면, 합금의 경우 표면의 경도를 획기적으로 높일 수 있습니다. 합금들의 경우, 열처리라는 과정을 거치면 표면의 경도가 상승합니다. 예를 들어 강철로 된 칼을 뜨겁게 달궜다가 갑자기 식히면, 표면의 경도가 증가합니다. (옛날에 칼 만들던 모습을 떠올리시길) 그러면 보다 날카롭고 마모에 강한 표면을 얻을 수 있습니다, 단 잘 부러지게 되지만. 레이저의 경우, 아주 손 쉽게 이런 현상을 일으킬수 있습니다. 금속이 녹지 않을 정도의 에너지 밀도로 표면을 달구고 레이저를 끄면, 조사점의 에너지가 주의의 금속으로 퍼져나가며(금속은 열 전도율이 높지요) 급격히 식게 되고 따라서 경도가 높은 금속면을 얻을 수 있습니다.
그 장면에 대한 제 생각은 이렇습니다. 먼저 어떤 식으로든 무뎌진 칼날을 갈았다.(단 이 때는 레이저를 이용하지 않는다. 왜냐하면, 레이저로 절단하면, 둥그스름한 면은 나와도 예리한 면은 얻을 수 없기 때문이다.) 그리고 나서 날카로운 면의 경도를 늘리기 위해 레이저로 지지는 중이다.
만약 이용하는 장비가 레이저가 아니라, 전자 빔이라면,(이 역시도 현재 이용 중) 아예 절단도 가능합니다. 그것도 매우 예리하게....
전자를 고속으로 사출하여 금속 표면에 충돌시키고 이 때 발생하는 열로 금속을 증발시키는 방법이 있는데, 이 경우 무시무시한 정밀도와 표면을 얻게 됩니다만, 작업 중 대량의 유해한 전자기파(예를 들어 감마선과 x선 등등)이 발생합니다. 거기에 대기 중의 공기에 부딪히며 산란하는 전자로 에너지 낭비가 증가하겠죠. 또한, 현재는 대량의 전자를 얻고 가속하는데 가공기 내부를 진공으로 유지하는데 에너지(돈)가 너무 많이 들어 이용하려면 눈 돌아가는 비용을 지불하고 무지막지하게 긴 가공 시간을 참아내야 합니다.
뭐 그래도 한방에 모든 고민을 해결해주기는 하죠. 칼 갈고 표면처리까지.