전자빔을 이용한 드릴링(천공) 방법 > 기술 및 AS상담

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전자빔을 이용한 드릴링(천공, drilling)은 초국소적 고에너지 밀도를 활용하여 금속, 세라믹, 특수 합금 등에 고속 정밀 구멍을 뚫는 비접촉식 가공 방식입니다. 특히 기계식 드릴이나 레이저로는 어려운 고융점·고경도 소재에도 매우 유효합니다.

1. 전자빔 드릴링의 원리
- 고전압으로 가속된 전자빔을 진공 내에서 아주 짧은 시간(μs ~ ms) 동안 금속 표면에 조사 → 고속으로 가속된 전자들이 표면에 충돌 → 운동에너지가 열 에너지로 변환
- 국부적 급가열 → 순간 용융 및 기화(증발) 발생
- 증발된 물질이 압력을 일으켜 위로 분사되며 재료가 제거됨 → 구멍 형성
- 천공 후에는 빔을 끄거나 다음 위치로 이동 → 비접촉식 드릴링
- 용융 + 증발 + 기화 압력에 의한 제거 메커니즘 → 레이저 드릴링과 유사하지만, 열원 형태와 제어성은 다름

2. 가공 조건 및 제어 요소
- 빔 에너지 (kV × mA): 천공 깊이 및 속도 결정
- 빔 지름 (μm 단위 조절): 구멍 직경 결정
- 펄스 시간 (μs~ms): 단일 펄스 천공 시 깊이 제어
- 천공 형상: 원형, 타원형, 약간의 테이퍼형 가능
- 가공 속도: 수백~수천 개/초 가능 (자동 스캔 시)
- 진공도: 열손실 최소화, 산화 방지
- 재료 열전도도·기화점: 구멍 형성 속도 및 품질에 영향

3. 드릴링 방식의 구분
- 단일 펄스 드릴링: 한 번의 펄스로 얕거나 미세한 구멍을 냄
- 다중 펄스 (멀티펄스): 반복적으로 펄스를 쏘아 깊은 구멍 형성
- 스캔 드릴링: 전자빔을 회전 또는 나선 경로로 이동시켜 원형 또는 비원형 구멍 생성 가능
- 트레판 (Trepan) 드릴링: 빔이 원 궤적을 따라 이동하여 큰 구멍 형성, 절단에 가까운 가공

4. 적용 예시
- 항공/우주: 제트 엔진 터빈 블레이드의 냉각홀 (cooling hole) 가공
- 원자력: 캡슐, 열교환기, 방사선 필터용 천공판
- 전자: 마이크로 전자부품의 홀 가공 (e.g., 센서, 필터 구조)
- 의료기기: 티타늄 임플란트 미세 구멍 가공
- 고경도 소재 가공: 텅스텐, 몰리브덴, 세라믹의 미세 천공

* 전자빔 드릴링의 장점
- 마모 없는 비접촉 가공
- 수 μm 수준의 고정밀 가공 가능
- 진공 내 가공으로 산화·슬래그 없음
- 고융점 금속, 세라믹 가공 가능
- 가공 중 재료에 기계적 충격 없음