レーザー切断とは？完全ガイド

26年2024月XNUMX日

レーザー技術の概念は、最初のレーザーが開発された1960年代初頭にまで遡ります。レーザー切断は当初は科学研究に使用され、その後急速に発展し、1970年代には産業分野に適用されました。レーザー切断はCNC切断プロセスの一種であり、ラピッドプロトタイピング, 機械加工、製造プロジェクトの仕上げなどに使用され、さまざまな業界で広く使用されています。

レーザー切断の概要

レーザー切断は、高出力のレーザー光線を使用して材料を切断する、正確で効率的なプロセスです。この技術では、集中した光線を使用して材料を溶かしたり、燃やしたり、蒸発させたりすることで、きれいで正確な切断を実現します。

レーザー切断プロセス

レーザー切断の仕組み

レーザー切断は、高出力のレーザー光線を材料の表面に照射し、対象領域を溶かしたり、燃やしたり、蒸発させたりして切断を行います。レーザー光線は通常、レンズで焦点を合わせるか、ミラーで方向を定めて、必要な精度と強度を実現します。このプロセスはコンピューターで制御されるため、精度と一貫性が確保され、複雑で詳細なデザインに最適です。

レーザー切断システムの主要コンポーネント

レーザー切断システムは、いくつかの重要なコンポーネントで構成されています。

レーザージェネレーター: レーザービームを生成します。
カッティングヘッド: レーザービームを材料に集中させて照射します。
CNCコントローラー: 切断ヘッドと材料の動きを制御します。
アシストガスシステム: 酸素、窒素、空気などのガスを使用して溶融材料を吹き飛ばし、切断品質を向上させます。
冷却システム： レーザーやその他のコンポーネントの過熱を防ぎます。

レーザー切断のステップバイステップのプロセス

デザインの準備: カットするデザインを指定して、CAD (コンピュータ支援設計) ファイルが作成されます。
マテリアルの配置: 切断する材料を切断ベッドの上に置きます。
レーザーアライメント: 精度を確保するためにレーザーは調整および調整されています。
カットの実行: CNC コントローラーは、レーザーヘッドを設計パスに沿って誘導し、材料を切断します。
品質チェック： 完成品は精度と品質が検査されます。

レーザー切断の種類

レーザーカッターの種類

メカニズムと特徴

一般的な用途と利点

CO2レーザーカッター

– 放電によって励起されたガス混合物（CO2、窒素、ヘリウム）を使用して動作します。

– 高強度の赤外線光線を生成します。

– 切断、彫刻、穴あけ加工に適しています。

– 木材、アクリル、ガラス、プラスチックなどの非金属素材に最適です。

– 高精度で滑らかなエッジを実現。

– 中程度の厚さの材料に対してコスト効率に優れています。

ファイバーレーザーカッター

– 活性ゲイン媒体として希土類元素を添加した光ファイバーを使用する固体レーザーを使用します。

– 優れたビーム品質の高出力レーザービームを生成します。

– 高効率とメンテナンスフリーの操作で知られています。

– 鋼、アルミニウム、真鍮などの金属の切断に最適です。

– CO2 レーザーに比べて切断速度が速く、ランニングコストが低くなります。

– 薄い材料や反射材を高精度に切断できます。

レーザー切断に適した材質

金属材料

レーザー切断は、鋼、アルミニウム、銅などのさまざまな金属材料に非常に効果的です。これらの金属は、その強度と耐久性により、産業界で広く使用されています。

-金属の種類

鋼鉄: 建設、自動車、機械によく使用されます。
アルミニウム: 軽量で耐腐食性が求められる用途に適しています。
銅: 導電性が高いため、電気部品に最適です。

-用途と利点

スチール: 構造部品、フレーム、筐体に最適です。

アルミニウム: 航空宇宙、自動車、家電製品に使用されます。

銅: 電気配線や熱交換器に不可欠です。

レーザー切断により、高精度と最小限の廃棄物が保証され、生産性とコスト効率が向上します。

非金属材料

レーザー切断は、プラスチック、木材、アクリルなど、さまざまな非金属材料にも適しています。

-非金属の種類

プラスチック: PVC、ABS、ポリカーボネートなどの材料が含まれます。
木材: 合板、MDF、天然木などの種類があります。
アクリル: 看板や展示ケースによく使用されます。

-用途と利点

プラスチック： 包装、自動車内装、消費者製品に使用されます。

木材： 家具、装飾品、建築模型などに最適です。

アクリル： 透明で耐久性があり、美しいディスプレイソリューションに最適です。

非金属のレーザー切断は、きれいなエッジと複雑なデザインを実現し、詳細で創造的なプロジェクトに最適です。

レーザー切断の応用

看板製造

レーザー切断は、看板のステンレススチールロゴに常に好まれるプロセスです。レーザー切断により、看板のロゴをよりきれいに滑らかに切断でき、看板の視覚的な魅力を高めることができます。

板金加工

レーザー切断は、板金加工において重要なステップです。精密な切断により、曲げ、研磨、溶接などの後続のプロセスが容易になります。精密なレーザー切断により、金属部品が完璧にフィットし、追加の調整の必要性が減り、全体的な効率が向上します。

筐体およびキャビネット製造

カスタムケースやキャビネットに求められる複雑な形状やデザインを実現できます。スチールやアルミニウムなどの材料を高精度に切断できるため、最終製品が厳しい品質基準を満たすことが保証されます。レーザー切断により、製造プロセスが高速化され、納期が短縮され、生産性が向上します。

レーザー切断の利点

1. 高精度。レーザー切断は、許容誤差を最小限に抑えて非常に正確な切断を実現し、複雑なデザインでも一貫した結果を保証します。

2. 材料の無駄が減り、最終製品の品質が向上します。

3. 多用途で、金属、プラスチック、木材など、幅広い材料を切断できます。

4. 従来の切断方法に比べて生産時間を短縮できます。

5. 生産性を向上し、ビジネスコストを節約します。

レーザー切断の限界

1. 初期設定コストは高額になる可能性があり、中小企業にとっては大きな投資となる

2. このプロセスでは大量のエネルギーを消費するため、運用コストが高くなる可能性があります。特に反射率が高い材料や融点が低い材料はレーザーで切断するのが難しいため、他の方法が必要になる場合があります。

レーザー切断の主な欠点は、消費電力が高いことです。産業用レーザーの効率は 5% ～ 45% の範囲です。特定の作業に必要なレーザー切断電力 (熱入力と呼ばれる) は、材料の種類、厚さ、使用するプロセス (反応性/不活性)、必要な切断速度によって異なります。

異なる厚さと異なる材料での CO2 レーザー切断機の熱入力電力 (W)
材料	素材の厚さ
ステンレス鋼	0.51 mm	1.0 mm	2.0 mm	3.2 mm	6.4 mm
アルミ	1000	1000	1000	1500	2500
軟鋼	–	400	–	500	–
チタン	250	210	210	–	–
スプリント	–	–	–	–	650
ホウ素/エポキシ	–	–	–	3000	–

3. レーザー切断には高温と強い光が伴うため、安全性の問題があり、作業者を保護するために適切な安全対策を講じる必要があります。CNC レーザー切断の方が少し安全です。

CNCレーザー切断の切断精度に影響を与える要因

1.レーザー発生器からのレーザー集光の大きさ

レーザーの集中後のスポットが非常に小さい場合、切断精度は非常に高くなります。レーザーから放射されるビームが円錐形の場合、この条件下では、ワークピースが厚くなるほど精度が低くなるため、スリットが大きくなります。

2.作業台の精度

安定していて正確に調整されたワークベンチは、切断プロセス全体を通じて材料が正しい位置に保たれることを保証します。位置ずれや不安定さがあると材料が動いて、切断が不正確になる可能性があります。高精度の CNC マシンは、振動を最小限に抑えて正確な位置を維持する高度なワークベンチ設計を備えていることが多く、全体的な切断精度が向上します。

3.レーザービームの円錐形状

レーザービームの円錐形状は、切断の精度に影響を与える可能性があります。レーザービームがジェネレータから材料まで移動すると、わずかに発散して円錐形状を形成することがあります。この発散により、特に厚い材料では切断幅にばらつきが生じる可能性があります。この影響を軽減するには、高品質のレーザーと集束レンズを使用して、より平行なビームを維持します。さらに、焦点距離を調整し、ビーム成形技術を使用すると、より均一な切断を実現できます。

レーザー切断とレーザーフライス加工

レーザー切断 の三脚と レーザー加工 どちらもレーザー技術を活用した高度な製造プロセスですが、目的も動作も異なります。

目的 :
- レーザー切断: 主に材料をスライスして、きれいで正確なカットを作成するために使用されます。金属、プラスチック、木材などの材料に形状、パターン、アウトラインを作成するのに最適です。
- レーザー加工: 従来のフライス加工と同様に、表面から材料を層ごとに除去して、特定の形状または深さを実現します。詳細な 3D 構造や複雑な表面テクスチャを作成するのに適しています。
プロセス:
- レーザー切断: レーザービームは材料を完全に切断し、それを部分に分離します。通常は平らなシート状の材料に使用されます。
- レーザー加工レーザーはアブレーションによって材料を除去し、表面を徐々に侵食して空洞、チャネル、または複雑な 3D 形状を形成します。
用途:
- レーザー切断: 板金切断、看板製作、細かい部品の作成などの製造業でよく使用されます。
- レーザーミリング: 金型やダイ、細かい彫刻の作成や、高精度の表面改質を必要とする業界でよく使用されます。