レーザー切断: 材料、種類、用途

「レーザー切断プロセスは、最高の精度と精度で材料を複雑なデザインに変換します。後処理をほとんどまたはまったく必要とせず、高品質で滑らかな仕上がりを実現します。」 

レーザー切断 は、高エネルギーのレーザー出力を使用してさまざまな材料を切断する CNC プロセスです。この技術は、密閉された容器内で放電によりレーザー発振材料を刺激することにより、集中した光線を生成します。光学系はレーザー ビームをワークピースに集中させるために使用され、これにより溶融、蒸発、または燃焼による切断が可能になります。 CNC テクノロジーは、レーザー ビームの正確な動きを制御します。

レーザー切断の概要

レーザー切断は、集束された高出力レーザー ビームを使用して幅広い材料を切断する、非接触の熱ベースのプロセスです。 このプロセスは、その精度、速度、柔軟性で知られており、さまざまな業界にとって理想的な選択肢となっています。 レーザー切断は、金属、プラスチック、ガラス、セラミックなどの材料に使用できます。

レーザー切断の背後にある技術は、1960 年代の誕生以来、大幅に進化してきました。 現在、切断に使用されるレーザーは主に 2 種類あります。COXNUMX レーザーは非金属材料の切断に最適です。 Nd:YAG レーザーは、金属および一部の非金属材料の切断に最適です。 ファイバーレーザーは、そのエネルギー効率と反射金属を切断する能力により人気が高まっています。

レーザーの種類に加えて、 板金切断 などのメソッド レーザー切断CNC （コンピュータ数値制御）とは、コンピュータを用いてレーザーと材料の動きを制御する技術です。これにより高い精度と再現性が確保され、量産において広く用いられています。

さらに、以下についてさらに詳しく読むことができます レーザー切断の利点 また、他の切断技術と比較した場合のデメリットや、それがあなたのニーズに合致するかどうかについても説明します。

レーザー切断プロセスを理解する

レーザー切断プロセスは、切断したい形状と寸法を記述したデジタル設計ファイルの作成から始まります。このファイルはレーザー切断機に送信され、レーザーが材料の表面に照射されます。レーザーの熱によって材料が溶融、蒸発、または燃焼し、きれいで正確な切断面が実現します。

切断プロセス中、酸素、窒素、空気などのガス流を使用して余分な材料を吹き飛ばし、新たに切断した刃先を冷却します。 このガスは、材料が熱くなりすぎて反りやその他の損傷が発生するのを防ぐのにも役立ちます。

特定のジョブに最適なレーザー切断方法を決定する際には、材料の種類と厚さ、望ましい切断品質、生産速度など、考慮すべき要素がいくつかあります。 たとえば、厚い材料はきれいに切断するために遅い切断速度が必要になる場合がありますが、薄い材料はより速く切断できます。 さらに、金属などの一部の材料では切断に大きな力が必要ですが、プラスチックなどの材料ではそれほど力が必要ありません。

レーザー切断に使用される材料

レーザー切断は、紙、木材、金属、岩石など、さまざまな材料に使用される多目的技術です。しかし、その主な用途は板金加工であり、特に レーザー切断材料 のような;

• アルミニウムレーザー切断 
• 鋼のレーザー切断
• 軟鋼レーザー切断
• ステンレス鋼レーザー切断 
• 銅レーザー切断 
• 真鍮レーザー切断
• プラスチックレーザー切断

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レーザー切断の利点と制限

レーザーカッターは、通常アルミニウムの場合は最大6mm、鋼の場合は最大15mmの薄い金属板の加工に最適です。0～2mmの許容誤差で精度を維持できます。同様に、他にも多くの種類があります。 レーザー切断の利点。

このプロセスにより、熱影響部が小さくなります。そのため、追加の後処理熱処理の必要性が軽減されます。レーザー切断は、さまざまな材料に対する精度と汎用性において、他の板金切断方法とは一線を画していますが、ウォータージェット切断ほど汎用性はありません。レーザー加工は、材料への適応性、精度、およびウォータージェット切断では不可能な切断と彫刻の両方の作業を実行できる能力により、最も人気があります。さらに、 レーザーカット料金 通常、ウォータージェット切断よりも安価です。詳細はこちらをご覧ください：レーザー切断 vs. ウォータージェット切断

切断用の3種類のレーザー

レーザー技術には、切断、穴あけ、彫刻などの多くの機能があり、これらの機能は、レーザー強度、レーザー ビームの生成に使用される主な材料、加工される材料などの要因によって決まります。レーザー加工は、板金部品を製造するための主要なプロセスです。 

異なる レーザー切断の種類 CO2レーザー（ガスレーザー）、ファイバーレーザー、Nd:YAGレーザーやNd:YVOレーザー（バナジン酸塩結晶レーザー）など、様々な技術が存在する。これらのレーザーは連続波長を用い、電気的に帯電したガス混合物や物理的なダイオードなど、様々な手法でレーザーを励起する。

1. CO2レーザー

CO2レーザー切断

CO2 レーザーは、ガス混合物が満たされたチューブに電気を送り、光ビームを生成します。チューブの両端にはミラーがあり、一方は完全反射、もう一方は部分反射で、光を通過させます。ガス混合物は通常、二酸化炭素、窒素、水素、ヘリウムで構成されており、光スペクトルの遠赤外線範囲にある不可視光が生成されます。 

産業用 CO2 レーザーは数キロワットの出力を達成できますが (一般的ではありませんが)、CO2 レーザーの通常の加工は 25 マイクロメートルの波長で 100 ～ 10.6 ワットの範囲です。これらのレーザーは通常、木、紙、アクリルプラスチックの加工に使用されます (e)。 g. 、ポリメチルメタクリレート）、革、布地、壁紙、およびチーズ、栗、植物などの一部の食品。 

CO2レーザーは主に非金属材料の加工に使用されますが、アルミニウムの薄板やその他の非鉄金属など、一部の金属の加工にも使用できます。酸素含有量を増やすことでCO2ビームの出力を強化できますが、潜在的なリスクを避けるためには、経験豊富なユーザーのみが行う必要があります。続きを読む:チューブレーザー切断

2. ファイバーレーザー

ファイバーレーザー固体レーザーの一種であるファイバーレーザーは、シードレーザーを使用し、ポンプダイオードで駆動される光ファイバーを通してビームを増幅します。波長は約1 nmです。レンズの焦点径は064マイクロメートルで、非常に小さいです。通常、ファイバーレーザーはすべてのレーザー切断装置の中で最も高価です。 

ファイバー レーザーはメンテナンスの手間がかからず、耐用年数は少なくとも 25,000 レーザー時間で、他のタイプのレーザーの耐用年数よりも長くなります。同じ平均出力の CO100 レーザーよりも 2 倍高い強度に耐えることができる、強力で安定したビームを生成します。さらに、ファイバー レーザーには連続ビーム、疑似パルス、パルス設定などのさまざまな動作モードがあり、適応性があります。 

ファイバー レーザーのサブタイプである MOPA は、パルス幅を調整できるため、さまざまな用途に適しています。ファイバーレーザーは、アニーリング、彫刻、熱可塑性プラスチックのマーキングによる金属マーキングの分野で最高の製品です。金属、合金、およびガラス、木材、プラスチックなどの非金属に適しています。ファイバーレーザーは薄い材料に最適ですが、出力に応じてさまざまな材料に使用できますが、厚い材料にはより高出力の機械が必要になる場合があります。

3. Nd:YAG/Nd:YVO レーザー

Nd:YAG レーザーと Nd:YVO レーザーは両方とも結晶ベースの技術であり、Nd:YVO (ネオジムドープされたオルトバナジウム酸イットリウム) は欠陥がないため広く使用されています。これらのレーザーは高い切断能力を提供しますが、初期セットアップコストのため比較的高価です。さらに、寿命には限界があります (8,000 ～ 15,000 時間)。ポンプ ダイオードも総経費の増加の原因です。  

これらのデバイスは 1.064 マイクロメートルの波長で動作し、Nd:YAG/Nd:YVO レーザーは、医療、歯科、軍事、製造などの多くの工学分野で使用されています。対照的に、Nd:YVO は、Nd:YAG よりもポンプ吸収が高く、帯域幅が広いですが、上部状態の寿命が短くなります。ただし、Nd:YAG はより高いパルスエネルギーの使用を可能にし、寿命は通常 Nd:YAG よりも長くなります。 

さらに、これらのレーザーは、コーティングされた金属とコーティングされていない金属の両方、およびエンジニアリンググレードのプラスチックや場合によってはセラミックなどの非金属を加工することができます。 Nd:YVO4 結晶を NLO 係数の高い結晶と混合すると、出力結果を近赤外から緑、青、または UV に変更できます。

イットリウム、ガドリニウム、またはルテチウム イオンをレーザー活性希土類イオンで置換しても、格子構造には大きな影響はありません。したがって、ドープされた材料の高い熱伝導率が維持されます。

レーザー金属切断の一般的な品質欠陥と予防策

ここでは、作業中に直面するいくつかの一般的な欠陥の概要を示します。 レーザー切断板金.

1. バリの発生

バリの発生 

レーザー切断では、バリが切断部品の盛り上がったエッジや粗い表面として現れることがあり、部品の外観と機能の両方に影響を与えます。この問題は、レーザーの焦点が正しくない、切断速度が高すぎる、アシストガス圧力が低すぎるなどの要因によって発生する可能性があります。 

2. 予防措置 

最高の切断パフォーマンスを得るには、レーザーを最大のレーザー焦点とビーム品質に調整する必要があります。 

• 機械のレーザー焦点位置、出力密度、送り速度は、きれいなカットが得られるように調整されます。 
• 適切なアシストガス (窒素、二酸化炭素、窒素など) を使用し、圧力を適切なレベルに維持して、溶融金属の除去を促進します。 

 3. 熱影響部 (HAZ)

レーザー切断では熱が発生し、切断端に沿って熱の影響を受けるゾーンが生じます。このゾーンでは材料特性が変化する可能性があり、それが部品の性能に影響を与える可能性があります。 

予防措置：

• レーザー出力密度、切断速度、焦点などの切断パラメータは、入熱を減らすために最適化する必要があります。 
• ノズル、フォーカスレンズ、ライトなど、最高レベルで最適なパラメーター制御を行った先進の機器を使用します。 
• HAZ の影響を軽減し、材料の完全性を維持するために、アニーリングや応力除去などの切断後の処理を検討してください。

4. ドロスやスラグの付着  

切断の底面で凝固する溶融材料であるドロスまたはスラグは、切断の品質に影響を与える可能性があるため、切断後の洗浄が必要になる傾向があります。  

予防措置：

• ドロスを低減するには、切断速度を変更したり、アシストガス圧力を増加したりするなど、切断パラメータを最適化する必要があります。 
• 溶融材料の排出に適したガス組成と流量を使用する必要があります。 
•  ユーザーの安全を確保するには、カット後のクリーニング技術 (布で刃を拭くなど) を採用することが必須です。 g. 、研削、サンドブラストなど）、特に機械の寿命を延ばすためにレーザー溶接後に付着したドロスを除去します。 

 5. エッジの粗さまたは縞模様

レーザー切断ではエッジが粗かったり不均一になる可能性があり、部品の美しさや機能に影響を与えます。  

予防策:

• 機械の切断パラメータ (パワー、速度、送り速度、アシストガス圧力) を調整して、スムーズな切断を実現します。 
• これらを回避するには、高品質の光学系の使用とレーザー切断機のプロセスパラメータの正確な制御が不可欠です。 レーザー切断の欠陥.
•  カット後の処置（ローションの塗布、保湿剤の使用など）は、カット後に行う必要があります。 g. 、バリ取り、研磨）を必要に応じて行い、エッジ品質を向上させます。 

6. 素材の変色

さらに、このプロセスによりエッジが変色または酸化し、部品の外観や表面品質に影響を与える可能性があります。 

予防策:

切断パラメータを調整して入熱を減らし、変色を抑えます (e)。 g. 、パワー、レーザー焦点位置、速度）。 

• 切断中に材料を酸化から保護するには、適切なアシストガスを使用することが重要です。 
• 切断後の処理（抗生物質など）は、感染を防ぎ、不動態化し、表面コーティングを改善するために切断後に行われる追加の手順です。これらの方法は、物体を美的に魅力的に見せ、酸化を止めるために使用されます。

  7. 反りや歪みの過程

高出力で薄い材料をレーザー切断すると、高熱により反りが生じる可能性があります。 

予防策:

• 高出力および高周波パルスを備えたレーザー カッターを使用すると、入熱が軽減され、反りのリスクが軽減されます。 
• 切断中の材料の動きを減らすために、必ず適切なクランプまたは固定具を使用してください。

8. 切り口幅の変化

レーザー切断カーフ

寸法や取り付けの精度にとって非常に重要な切り溝の幅は、切断面や継ぎ目への悪影響を防ぐために同じでなければなりません。 

予防措置：

• レーザー加工機の調整と校正を確認します。 
• ビーム品質が常に一定であることを確認するために、レンズとレーザー光源を定期的にチェックする必要があります。 
• カーフ幅を一定に保つための切断パラメータをリアルタイムで監視および調整するための閉ループフィードバックシステムを実装する必要があります。

9. 材料の再凝固のプロセス 

レーザー加工では、切断端に沿って材料が再凝固または再溶融する場合があり、その結果、表面が粗くなります。 

予防措置：

• 再凝固や再溶融の可能性を減らすために、レーザーの焦点位置、出力、速度などの切断パラメータを最適化する必要があります。 
• 溶融材料の除去を促進するために、適切なアシスト ガスの組成と流量を選択してください。 
• 切開後は、切開後の処置（保湿クリームや治癒軟膏の塗布など）を行ってください。 g. 、研削、サンディング）を使用して、粗い表面を滑らかにします。 

10. ガス組成の最適化

最高の切断結果を得るには、さまざまな材料に特定のガス組成が必要です。ガス組成が間違っていると、切断不良、ドロスの増加、または過剰な熱入力が発生する可能性があります。 

予防策:

適切なガス組成を見つけるには、材料仕様と製造元のガイドラインを参照する必要があります。 

• 必要に応じて、ステンレスに窒素と酸素の混合ガスを使用するなど、ガス組成を変更します。 鋼のレーザー切断. 
• ガス組成を定期的にチェックし、正確さと一貫性を維持する必要があります。 

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レーザー切断の産業応用

最先端の レーザー切断用途 材料製造業界全体に広く普及しています。以下に示す一般的な業界での CNC レーザーの使用例をいくつか示します。

1.自動車産業

レーザー切断は、幅広い自動車内装部品の製造に精度と柔軟性を提供するため、自動車産業にとって不可欠なツールとなっています。この業界の厳しい公差は、レーザー技術によって完全に満たされます。したがって、複雑な部品の作成やデザインパターンへの適用性は非常に貴重であり、従来のスタンピングやダイカット方法では不可能です。金属板のレーザー切断は、自動車業界で自動車部品、コンポーネント、ダイカスト、鍛造、スタンピングなどのさまざまな品目を製造するために使用されています。 

2. 医療機器産業

医療機器業界は、ペースメーカー、ステント、カテーテルなどの必要な製品を製造するためにレーザー切断を使用しています。レーザー ビームは材料を正確に溶解、蒸発、または燃焼させるため、医療機器に必要な複雑なデザインに不可欠なきれいで正確な切断を実現します。材料と最終製品の仕様によって、使用するレーザー切断方法が決まります。ステンレス鋼のコンポーネントは通常 CO2 レーザーで切断され、プラスチックは通常ファイバー レーザーで切断されます。

3. 美容業界 

  歴史に満ちたジュエリー業界は、その職人技を変えるためにレーザーカット技術を受け入れてきました。以前は手作業で行われていたレーザー切断により、ジュエリーのデザインがより正確かつ複雑になりました。この技術は、金属に複雑なパターンを作成したり、宝石を切断したり、ジュエリーに文字や画像を彫刻したりすることに熟練しています。リング、ペンダント、イヤリング、ブレスレットなどの最も一般的なジュエリー アイテムは、レーザー カットで作成されるアイテムの 1 つであるため、業界はジュエリーの創造性とデザインの新しい方法を発見しました。

4. セラミックスの製造 

 セラミック製造とは、セラミック材料を成形し、焼成してさまざまな製品を生産するプロセスです。レーザー切断は、セラミックの正確な形状と複雑なデザインを実現するため、このプロセスで最も重要な要素です。 CO2 レーザー切断は、その精度とスピードで知られ、複雑な模様の装飾品、タイ​​ル、陶器、彫刻を作る最も一般的な方法です。この技術により、陶磁器の製造工程がより速く簡単になり、複雑なデザインを高速で作成できるようになりました。

5. シリコン産業

レーザー切断はシリコン産業、特にシリコン製ウェーハの製造において重要なツールです。これらのウェーハは通常、電子デバイスの製造に広く使用されています。一般に、CO2 CNC レーザーは、ウェーハの複雑な形状を成形するために不可欠な用途として使用されています。いくつかの主要な例には以下が含まれます。集積回路、太陽電池、半導体チップのコンポーネント。

6. 包装産業

包装会社は、箱、容器、蓋などのさまざまな包装製品の製造に CNC レーザー切断機を使用しています。主に 2 種類のレーザー切断技術が使用されています。CO2 レーザーは段ボール、紙、薄いプラスチックの切断に使用され、ファイバー レーザーはより厚く硬い包装材料に使用されます。これらの技術のおかげで、業界で必要とされる正確で効率的な包装ソリューションを生産することが可能になり、耐久性とカスタマイズの要件を満たすことができます。包装プロセスは、製品を安全かつ輸送するために覆う手順です。レーザー切断は、箱、容器、蓋などの包装製品を製造する主要なツールです。主に 2 種類のレーザー切断技術が使用されています。CO2 レーザーは段ボール、紙、薄いプラスチックに使用され、ファイバー レーザーはより厚い材料に使用されます。

7. 金属加工産業

これらの分野は、特にレーザー切断の分野における技術の進歩に大きく依存しています。金属加工とは、さまざまな工具を使用して金属を形作るプロセスです。レーザー切断は、建設、自動車、航空宇宙などの業界の梁、柱、パイプ、チューブ、金属板の製造における主要なプロセスです。 

Prolean の精密 CNC レーザー切断サービス

CNC レーザー切断には、強力なレーザーと品質保証のための厳格な安全プロトコルが必要ですが、初期コストが高額になる可能性があります。 ISO 9001:2015 規格に準拠する Pro-lean のような経験豊富な専門家にアウトソーシングすることで、細部にまで配慮し、迅速な納期で一流の製造サービスを保証します。私たちの先進的な レーザー切断サービス 多様なプロジェクト要件に対応し、常に最高品質の結果を提供します。 

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続きを読む：

• PEEK のレーザー切断: 精度、利点、および用途
• ナイロンのレーザー切断：技術、プロセス、アプリケーション

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まとめ 

レーザー切断は、多くの製造業界で不可欠なツールとなっています。板金のレーザー切断は製造方法を変え、複雑なデザインの金属部品の製造を非常に効率的かつ多用途なものにしました。与えられたヒントにより、レーザー切断プロジェクトの生産性が向上します。 

このプロセスは、薄い箔から厚い板まで、さまざまな厚さのシートメタルを切断できるため、非常に柔軟です。その柔軟性が、自動車、航空宇宙、エレクトロニクスなどのさまざまな業界で使用されている理由です。

よくあるご質問

Q1.レーザー切断の費用はどれくらいですか?

レーザー切断および彫刻サービスの料金は、制作時間 1 分あたり 30 ポンドです。たとえば、30 分の作業には 60 ポンドと、材料費やアートワークのセットアップにかかる追加料金がかかります。 XNUMX時間の仕事ならXNUMXポンドかかります。作業の強度と複雑さに応じて、大規模な作業には割引が適用される場合があります。

Q2.レーザー切断の精度はどのくらいですか?

レーザー切断は、通常±0以内という優れた寸法精度を持っています。 5 インチ、スリムなカット幅または 0 インチの薄さの切り口は、レーザー出力と材料の厚さの結果です。 004 ～ 10 ミクロンまで焦点を合わせるこの技術の能力は、複雑で詳細な作業に対応できることを示しており、これは精度が重要である航空宇宙、エレクトロニクス、自動車産業において非常に重要です。

Q3.レーザー切断とプラズマ切断の違いは何ですか?

レーザー切断はプラズマ切断と比較して最も速く、最も正確で、最高の表面仕上げが得られます。複雑なカットや細かいデザインを得意としています。それにもかかわらず、プラズマ切断機はメンテナンスの必要性が少なく、通常はレーザー切断機よりも経済的です。

Q4.最適なレーザー切断精度を実現するための設計上の考慮事項?

適切なレーザー切断を行う手順は、適切な材料の選択、レーザー カッターの機能の理解、設計における熱関連の問題の排除に基づいています。切断シーケンスを設計し、精度を高めるためのガイドを使用し、設定が最適であり、機械が同じ精度を維持できるように適切に維持されていることを確認します。必要なレベルの精度を実現するための設定と手順の調整を担当するのは、熟練したオペレーターです。