프레스 롤러 및 인쇄 롤러의 레이저 코팅

인쇄, 제지 및 포장 기계의 롤러와 실린더는 전체 길이에 걸쳐 균일한 표면 품질을 유지해야 합니다. 지형이나 거칠기에서 발생하는 사소한 편차조차도 인쇄 밀도, 잉크 전사 및 최종 제품의 균일성에 직접적인 영향을 미칩니다.

동시에 롤 표면은 엄청난 부하에 노출됩니다: 롤 쌍 사이의 높은 선압, 종이 및 판지 웹에 의한 마모, 인쇄 잉크, 용제, 알칼리 용액 및 세척수와 접촉, 그리고 연속 가동 시 발생하는 열적 교대 응력 등이 그것입니다. 이러한 조건 하에서 경질 크롬 도금이나 열분무와 같은 기존의 코팅 공정은 제한된 내식성, 미세 균열 형성 또는 모재에 대한 불충분한 접착력 등으로 인해 한계에 부딪힙니다.

여기에 규제적 압박까지 더해집니다. 유럽의 REACH 규정은 전기 도금 공정에서 크롬(VI) 화합물의 사용을 점차 제한하고 있습니다. 따라서 인쇄기 운영자와 제조업체는 더 뛰어난 성능과 긴 수명, 내식성을 갖추면서도 미래에도 지속 가능한 코팅 솔루션을 필요로 합니다.

레이저 코팅 공정에서는 초점화된 레이저 빔을 회전하는 롤 표면에 조사합니다. 이때 형성되는 용융 영역에 금속 분말이나 와이어를 정밀하게 주입하여 용융시킨 후, 모재와 용접합니다. 그 결과, 롤 본체와 물질적 결합을 형성하는 기공 및 균열이 없는 기능성 코팅층이 생성됩니다.

코팅 공정은 롤 전체 길이를 따라 단 한 번의 통과 과정으로 이루어집니다. 이때 소재가 회전하는 동안 공정 광학 장치는 롤 축과 평행하게 이동하는데, 이는 선반의 원리와 유사합니다. 레이저 출력, 이송 속도 및 분말 공급을 정밀한 방식으로 제어함으로써 코팅 두께, 경도 및 표면 형상을 해당 용도에 정확히 맞출 수 있습니다.

이 공정의 주요 특징은 열 입력량이 극히 제한적이라는 점입니다. 열 부하는 표면 아래 수십 분의 1밀리미터 영역에 집중됩니다. 그 결과 롤 본체의 조직과 치수 정밀도가 변하지 않는데, 이는 뒤틀림에 민감한 길고 얇은 벽의 롤에서 결정적인 요소입니다.

열분무(예: HVOF 공정)는 인쇄 및 제지 산업에서 수년 동안 확립되어 왔습니다. 이 공정을 통해 생성된 코팅층은 우수한 경도와 내마모성을 제공합니다. 그러나 이 공정은 시스템적 한계가 있어, 까다로운 롤러 적용 분야에서 점점 더 큰 문제가 되고 있습니다.

코팅층의 접착력 및 내구 강도

열분사 코팅층은 기계적 결합을 통해 기판에 부착됩니다. 압착 롤러의 연속 운전 시 발생하는 것과 같은 주기적인 하중 하에서는 이러한 결합이 피로할 수 있습니다. 그 결과 코팅층이 박리되는, 이른바 스폴링(spalling) 현상이 발생합니다. 반면 레이저 코팅된 표면은 기판과 금속학적으로 결합되어 있습니다. 이러한 용접 결합은 수백만 번의 하중 교대에도 박리 위험 없이 견딥니다.

재료 활용도 및 경제성

열분무의 경우, 사용된 코팅 재료의 최대 40%가 오버스프레이로 손실됩니다. 반면 레이저 코팅의 재료 효율은 95% 이상입니다. 이는 롤러 제조업체와 운영자에게 원자재 사용량 감소, 폐기물 감소, 그리고 표면 1제곱미터당 코팅 비용 절감을 의미합니다.

다공성 및 표면 밀도

열분사  코팅층은 공정 특성상 일정 수준의 잔류 기공을 나타냅니다. 이러한 미세 기공을 통해 인쇄 잉크, 용제 또는 수분이 기판 소재로 침투하여 기저 부식을 유발할 수 있습니다. 레이저 코팅은 완전히 밀폐되고 기공이 없는 코팅층을 형성하여, 화학 물질에 대한 차단막 역할을 합니다.

이 공정은 내마모성, 내식성 및 표면 조도에 대한 요구 사항이 높은 회전 대칭 부품에 적합합니다. 인쇄 및 제지 산업에서는 다양한 롤 유형에 적용됩니다.