Fiber Laser Learning Lab 13 레이저로 '골드'를 만들다

레이저로 '골드'를 만들다 발견한 색상에 대한 4가지 놀라운 진실

파이버 레이저를 사용하여 금속 표면에 특정 색상을, 그것도 안정적으로 만들어내는 것은 매우 흥미로운 도전입니다. 빛의 각도에 따라 색이 변하는 무지갯빛이 아니라, 어떤 각도에서 보아도 일관된 색을 구현하는 것이죠. 많은 이들이 이 목표를 위해 수많은 변수를 조정하며 복잡한 실험을 진행합니다.

하지만 만약 단 하나의 색, 바로 '골드' 컬러를 완벽하게 구현하는 데에만 집중한다면 어떨까요? 저희는 이 한 가지 색상을 깊이 파고드는 여정을 통해, 레이저로 색을 만드는 원리와 우리가 색을 인식하는 방식에 대한 몇 가지 놀라운 사실들을 발견했습니다. 이 글에서는 그 과정에서 얻은 예상치 못한 통찰 4가지를 공유하고자 합니다.

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1. 골드 컬러에 '단일 레시피'란 없다

많은 사람들이 특정 결과를 얻기 위해서는 정해진 '마법의 공식'이 있을 것이라고 생각합니다. 하지만 레이저로 골드 컬러를 만드는 과정에서 저희가 가장 먼저 증명하고 싶었던 것은 그 반대였습니다. 즉, 골드 컬러를 만드는 단 하나의 완벽한 레시피는 존재하지 않는다는 것입니다.

실험에서 우리가 제어할 수 있는 핵심 변수는 세 가지였습니다: 레이저의 이동 속도(speed), 스캔 라인 사이의 간격인 피치(pitch), 그리고 레이저 **파워(power)**입니다. 저희의 목표는 이 세 가지 변수의 수많은 조합을 통해 동일한 골드 컬러를 만들어낼 수 있음을 보여주는 것이었습니다. 이는 '올바른' 설정값이 하나만 있다는 고정관념에 도전하는 것이었습니다.

"골드를 만드는 단일 공식은 없습니다. 골드는 이러한 변수들의 다양한 조합에 따라 달라질 것이며, 골드를 만들어내는 온갖 종류의 변수 조합이 있을 것입니다."

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2. 핵심 변수는 '펄스 밀도'였다

실험을 진행하던 중, 한 가지 흥미로운 퍼즐 조각이 나타났습니다. 전혀 다른 두 가지 설정값으로 작업한 두 개의 샘플이 육안으로 보기에 거의 동일한 골드 컬러를 띠고 있었기 때문입니다.

• 테스트 A3: 속도 2000mm/s, 피치 8마이크론
• 테스트 B10: 속도 1000mm/s, 피치 16마이크론

한쪽은 다른 쪽보다 속도가 두 배 빠르고, 라인 간격은 절반이었습니다. 처음에는 단순한 우연처럼 보였고, 실험자는 이 일치를 발견하고 거의 무시할 뻔했습니다. 하지만 수학적인 계산을 자세히 들여다보자 놀라운 연결고리가 드러났습니다. 두 설정의 제곱밀리미터당 총 레이저 펄스 수를 계산해보니, 놀랍게도 31,250개로 정확히 일치했던 것입니다.

이것이 바로 '아하!'의 순간이었습니다. 결국 개별적인 속도나 피치 값보다 더 중요한 것은 이 둘의 조합으로 결정되는 '펄스 밀도(Pulse Density)'라는 결론에 도달했습니다. 펄스 밀도를 이해하는 가장 쉬운 방법은 스프레이 페인팅을 생각하는 것입니다. 넓은 노즐로 천천히 움직이거나, 좁은 노즐로 빠르게 움직일 수 있습니다. 두 방법은 다르지만, 제곱센티미터당 뿌려지는 페인트의 총량이 같다면 결국 동일한 색상의 농도를 얻게 됩니다. 펄스 밀도도 이와 같은 원리입니다.

이것이 단순한 우연이 아님을 증명하기 위해, 저희는 '31,250 펄스' 공식을 사용해 새로운 설정을 예측했습니다. 예를 들어, 20마이크론이라는 넓은 피치에서는 800mm/s의 속도가 필요할 것이라고 계산했습니다. 테스트 결과, 완벽하게 동일한 골드 컬러가 만들어졌고, 이로써 펄스 밀도가 최종 색상을 결정하는 진정한 마스터 변수임이 증명되었습니다. 저희는 "경이로울 정도로 다른 파라미터 설정에도 불구하고 모두가 동일한 결과에 도달하는" 현상을 재현하며 이 원리를 확신하게 되었습니다.

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3. 눈에 보이는 것이 전부는 아니다: 현미경으로 본 진실

그렇다면 앞서 발견한 '펄스 밀도'는 이 미세 세계에서 어떤 역할을 하는 걸까요? 바로 이 '펄스 밀도'가 현미경으로 본 복잡한 질감을 만들어내는 핵심 제어 장치입니다. 우리가 맨눈으로 '골드'라고 인식하는 색상이 과연 미세 세계에서도 동일할까요? 현미경을 통해 표면을 들여다보자 또 다른 놀라운 진실이 드러났습니다.

육안으로는 균일한 금색으로 보이던 표면이 현미경 아래에서는 미세한 '덩어리(blobs)와 구덩이(pits)'로 이루어진 복잡한 질감이었습니다. 더 놀라운 것은 이 질감 안에 단일한 색이 아닌, 파란색, 갈색, 노란색 등 다양한 산화물 색상이 혼재되어 있다는 사실이었습니다. 우리 눈은 이 미세한 색상들의 조합을 평균 내어 '골드'라는 단일 색으로 인식하고 있었던 것입니다.

가장 직관에 반하는 사례는, 육안으로는 완벽한 금색이었던 한 샘플을 현미경으로 관찰했을 때 오히려 "파란색이 더 우세하게" 나타난 경우입니다. 이는 우리가 색을 만드는 것이 아니라, 사실은 특정 에너지(펄스 밀도)를 이용해 빛과 상호작용하는 미세한 구조를 '설계'하고 있음을 명확히 보여줍니다.

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4. 최종 목표는 '색'이 아니라 '반짝임'이다

실험을 통해 얻은 또 다른 중요한 교훈은 단순히 색을 만드는 것과 '좋은' 색을 만드는 것은 다르다는 점입니다. 여기서 '좋은' 색이란, 보는 각도나 조명에 상관없이 안정적으로 보이는 색을 의미합니다.

이런 '플랫(flat)'한 색상은 표면이 거울처럼 매끄럽고 반짝이기 때문에 빛을 한 방향으로만 반사합니다. 이 때문에 빛의 방향에 매우 민감해서, 특정 각도에서는 아름다운 색을 띠지만 다른 각도에서는 검게 보이기도 합니다. 반면, 레이저로 표면을 물리적으로 변형시켜 만든 '스페클(speckled)' 또는 '반짝이는(sparkly)' 질감의 색상은 다릅니다. 이 미세한 질감이 빛을 모든 방향으로 난반사시키기 때문에 어떤 각도에서 보아도 비교적 일관된 색상을 유지합니다.

따라서 레이저 컬러 마킹의 진정한 목표는 단순히 특정 색상 코드를 맞추는 것이 아니라, 어떤 환경에서도 그 색의 본질을 잃지 않는 안정적인 표면을 설계하는 것입니다.

"...저의 최종 목표는 빛의 방향에 거의 영향을 받지 않는 색상 팔레트를 만드는 것입니다."

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결론

단순히 '골드'라는 한 가지 색을 찾으려던 여정은 우리를 훨씬 더 깊은 곳으로 이끌었습니다. 레이저로 색을 만든다는 것은 결국 에너지 밀도를 정밀하게 제어하여, 우리 눈이 특정 색으로 인식하도록 미세한 표면 질감을 '설계'하는 과정이라는 것을 깨닫게 되었습니다.

이러한 발견은 우리가 '색'이라고 부르는 것의 본질에 대해 다시 생각하게 만듭니다. 만약 골드로 보이는 표면이 실제로는 파란색, 노란색, 갈색의 복잡한 조합이라면, 우리가 '색'이라고 부르는 것은 과연 무엇일까요?