I.はじめに
レーザー切断技術は、あらゆる材料を切断するために高エネルギーのレーザー光線を利用するように設計されている。この技術は、光学およびコンピュータ数値制御システム（CNC）を介してレーザービームを導く。
CNCまたはGコードに基づき、切断する材料のパターンを追跡する移動制御システムを使用します。レーザー切断は、高精度の切断を達成することができ、アルミニウムのような様々な材料に適しています。
アルミニウムおよびアルミニウム合金材料は、その軽量性、優れた導電性、耐食性などの優れた特性により、航空宇宙、自動車製造、電子通信などの多方面で広く使用されている。
アルミニウムのレーザーカットは、複雑なアルミニウム部品を正確かつ効率的に製造することができます。
しかし、アルミニウムはレーザー光に対する反射率が高く、熱伝導率も高いため、アルミニウムの切断にはある程度の問題がある。
したがって、アルミニウムのレーザー切断の加工性と制約を知ることは、アルミニウムの製造と生産にとって最も重要である。
これは技術的な理解だけでなく、アルミニウム合金の特性に対する認識や、切断時の課題を克服する方法にも関わってくるかもしれない。
II.素材としてのアルミニウムを理解する
アルミニウムの物理的性質
アルミニウムは様々な物理的特性を持つ素材である。固形で非磁性、つや消しで、わずかに青みを帯びた銀白色の金属である。
アルミニウムの表面は反射率が高く、面心立方構造を持ち、溶ける前は安定している。
アルミニウムは密度が低く、無毒で、熱伝導率が高く、耐食性に優れ、製造、加工、成形が容易である。
さらに、アルミニウムは延性と可塑性に優れており、裂いて線にしたり、薄い箔にしたりすることができる。
様々な産業におけるアルミニウムの一般的な用途
アルミニウムは多方面に広く応用されている。例えば、建築分野では、窓枠、カーテンウォール、屋根、クラッディング、構造部材、内装部材の製造にアルミニウムを使用することができる。
食品・医薬品業界では、食品、医薬品、飲料の包装にアルミニウムが大量に使用されている。
アルミニウムがレーザー切断プロジェクトに人気のある理由
アルミニウムがレーザー切断プログラムに選ばれる理由は、その柔らかく可塑的な分子構造により、レーザーが完全に貫通しないからである。
熱伝導率が高いということは、レーザーからのエネルギーを素早く吸収できるということであり、バリのない、あるいはバリを最小限に抑えたきれいな切断を行うのに有効である。
にもかかわらず、アルミニウムのレーザー切断は容易ではなく、材料の高い熱伝導率と光反射率を扱うための特別な技術と設備が必要です。
さまざまなレベルのアルミニウム（6061、5052、5083、7075など）を使用することで、レーザー切断技術は特定のニーズに合わせて効率的に加工することができます。
III.レーザーカッターはアルミニウムを切断できるか？
レーザー技術によるアルミニウムの切断能力に影響を与える要因
レーザー出力
レーザーの出力は、切断厚さと切断速度を決定する重要な要素である。出力が大きいほど、切断厚さは厚くなり、切断速度は速くなります。
しかし、高すぎる出力は熱影響部の増加につながり、切削品質に影響を与える可能性がある。
レーザー式
ファイバーレーザーやNd: YAGレーザーは、波長が吸収されやすいため、Co2レーザーよりもアルミニウムの切断に適しています。
ファイバーレーザーの品質は高く、加工効率も高い。
アルミニウムの種類と厚さ
純アルミニウムは反射率が高いため切削が非常に難しく、アルミニウム合金の方が切削性が良い。
アルミニウム合金の化学成分や板厚の違いも、レーザー切断特性に影響を与える可能性があります。厚いアルミニウム板は、より高いレーザー出力とガス圧を必要とする場合があります。
アルミニウムの表面状態
アルミニウム表面の粗さ、酸化膜、コーティングは、レーザービームの吸収と切断効果に影響を与える可能性があります。表面の処理が不十分な場合、切断面の品質は低下します。
切削加工パラメータ
切断速度、ガス圧、焦点位置、ノズルの高さなどのプロセスパラメーターの最適化は、アルミニウムの切断品質にとって極めて重要である。
適切なパラメータは、より高い切削効率と切削面の品質を得ることができる。
アシスタント・ガス
高純度窒素はアルミニウム切断の一般的なアシスタントガスであり、切り口を保護し、溶融物を取り除くことができる。
ガス圧が低いとカットの質が低下し、圧力が高いと素材表面に渦電流が発生する。
レーザー切断装置の特性
レーザーの安定性、レーザービームの品質、冷却システムのような装置の特性は、切断効果に重要な影響を残す。
高い特性を持つレーザー切断装置は、より優れた切断能力を提供することができる。
オペレーター経験
オペレーターの装置に対する習熟度、プロセスパラメーターを調整する能力、アルミニウムの切断特性に対する理解は、すべて最終的な切断効果に影響します。
アルミニウムのレーザー切断における板厚制限
について レーザー切断機のパワーが切断厚さを決定する鍵となる。パワーが大きいほど、切断できるアルミ板は厚くなります。
500Wファイバーレーザー切断機は、厚さ2mmまでのアルミ板を切断することができます。
1000Wファイバーレーザー切断機は、厚さ3mmまでのアルミ板を切断することができます。
2000Wファイバーレーザー切断機は、厚さ5mmまでのアルミ板を切断することができます。
3000Wファイバーレーザー切断機は、厚さ8mmまでのアルミ板を切断することができます。
6000Wファイバーレーザー切断機は、厚さ16mmまでのアルミ板を切断することができます。
出力5.7KWのCO2レーザー切断機は、最大厚さ12.7mmの工業用純アルミニウムを切断でき、切断速度は最大80cm/分。
一般的に言って、アルミニウム板を切断するレーザー切断機の最大厚さは10～20mmである。
厚さ20mm以上のアルミニウム板は、他の切断方法を使用することを推奨する。
アルミニウム板の種類も切断特性に影響します。純アルミニウムはアルミニウム合金よりも切断が難しい。
高合金含有アルミニウム合金の切削面粗さは小さい。
アルミニウムの切断に適したレーザーの種類
ファイバーレーザー
ファイバーレーザーは、アルミ板の切断に最も適したレーザーの一つです。その波長は1.064ミクロンで、CO2レーザーよりもアルミニウム材料に吸収されやすい。
ファイバーレーザーの出力密度は高く、スポットサイズは小さく、レーザービームの品質は良好で、複雑なアルミニウム構造を迅速に切断することができます。ファイバーレーザーの寿命は長く、メンテナンスコストは低いです。
クリスタルレーザー
Nd:YAGやNd:YVO4のような結晶レーザーもアルミニウム板の切断に適しています。これらはファイバーレーザーに似ており、波長は1.064ミクロンです。
水晶レーザーの出力は高く、金属や非金属を切断できる。しかし、水晶レーザーの励起ダイオードは高価で、ファイバーレーザーよりも寿命が短い。
CO2レーザー
CO2レーザーは、厚いアルミ板の切断にも適している。その波長は10.6ミクロンで、出力は高く、厚い材料の広い領域を切断するのに適している。例えば、6000WのCO2レーザーは16mm厚のアルミ板を切断することができる。しかし、アルミ板を切断する場合、Co2レーザーの反射率は高い。光学部品を損なわないよう、システムに「反射吸収」装置を取り付ける必要がある。
エキシマレーザー
エキシマレーザーは紫外線を発し、波長が短いため、アルミニウムや銅などの高反射率材料を切断することができます。
熱影響部が小さく、加工精度が高い。しかし、エキシマレーザーの製造は高価で、ガスを頻繁に交換する必要があり、運用コストが比較的高い。
IV.アルミニウムのレーザー切断の利点
切断の精度と正確さ
レーザー切断は非常に高い精度を達成することができ、これは最大の利点の一つである。最新のレーザー切断機の位置決め精度は0.02mmまで可能で、スリット幅は0.2mmより小さい。この高精度により、レーザー切断は複雑な形状や正確なサイズのアルミニウム部品を製造することができ、航空宇宙、電子機器、その他の産業における高い要件を満たすことができます。
さらに、レーザー切断は繰り返し行うことができるため、被加工物を同じ方法で切断することができ、その精度と正確さをさらに向上させることができる。
きれいなエッジと材料の無駄を最小限に抑える
レーザーでアルミを切断する際、溶けた材料は高速気流で吹き飛ばされ、切り口は平らで滑らかで、バリがほとんど発生せず、研磨などの二次加工が不要。スリットが狭く、熱影響部が小さく、材料利用率が高い。従来の機械的な切断と比較して、レーザー切断は材料の無駄を大幅に削減し、コストを節約することができます。
複雑なデザインにも対応する汎用性
レーザー切断は非接触加工が特徴で、レーザーヘッドはフレキシブルに動き、どんな複雑なパターンも切断できる。
プログラミング制御により、レーザー切断機は、自動車や電子製品などのアルミ装飾部品のような様々な形状のワークを迅速かつ継続的に切断することができ、幅広い設計自由度を提供します。また、レーザー切断の柔軟性により、特注品の製作にも最適です。
V.アルミニウムのレーザー切断の限界
熱影響部と潜在的歪み
レーザー切断の際、切断部を取り囲むように発生する熱影響部。材料はこの部分で組織構造や特性に変化を受ける。
アルミニウムは熱伝導率が高く、熱影響部は比較的大きい。
過大な入熱はアルミニウムの変形を引き起こし、部品の精度に影響を与える可能性がある。したがって、レーザー出力と切断速度を合理的に制御し、熱影響部の影響を減らす必要があります。
表面品質の問題
アルミニウムのレーザー切断は、比較的滑らかな切断面を得ることができますが、状況によっては表面の問題が存在します。
特に厚いアルミニウム板や反射率の高いアルミニウム合金を切断する場合、切断面に筋、ざらつき、スラグの付着などの欠陥が見られることがある。
これらの欠陥は、部品の外観や使用特性に影響を与える。切断工程のパラメータを最適化する必要があります。また、研磨やバリ取りなどの処理も必要です。
効率的な切断のための厚さの制約
レーザー切断では、アルミの厚みにある程度の制限がある場合があります。一般的に、高出力レーザー切断機は10mm以上の厚さのアルミ板を切断することができますが、切断効率と品質は低下します。
厚さ20mmを超えるアルミ板は、レーザーで満足のいく切断品質を得るのは難しく、おそらく他の切断方法が必要でしょう。さらに、アルミニウムの種類も切断厚さに影響します。
純アルミニウムは反射率が高く、切削が難しい。また、高シリコンアルミニウムは融点が低いため、切削可能な厚みが制限される。
VI.レーザー切断アルミニウムの用途
レーザー切断されたアルミニウム部品を使用する業界の例
レーザーカットアルミニウムの用途は、航空宇宙、自動車製造、電子機器、看板、建築などさまざまな業界に広がっている。
この技術は、アルミニウムを切断する精密で非常に効果的な方法を提供し、切断の品質と一貫性を保証する。
レーザーカットアルミ製品による創造的デザインの可能性
レーザー切断アルミニウムの創造的なデザインの可能性は大きい。レーザー切断技術は、金属加工球を複雑で芸術的なデザインに見せる。
その上、金属板を装飾するレーザー切断の表面処理オプションの選択肢は複数あり、デザイナーや建築家が創造的なデザインを実現することができ、またこれらのデザインには持続性がある。
これは、レーザーカットが単に機能的な部品製造に限定されるものではなく、美的価値を持つ芸術作品を生み出すものであることを示している。
アルミニウムのレーザー切断による環境へのメリット
レーザー切断アルミニウムの利点は、燃焼や化学的プロセスを伴わないことであり、有害な汚染物質の排出が明らかに減少している。
伝統的な切断機と比較して、近代的な レーザー切断機の用途 より少ない電力で、エネルギー消費を削減する。
その上、レーザー切断は、追加の環境コストや化学エッチングプロセスに関連する問題を発生させない。
このような特徴から、レーザー切断は環境に優しい金属加工方法となっている。
VII.結論
一言で言えば、アルミニウム板加工の意義、アルミニウム板のレーザー切断特性に影響を与える要因、アルミニウムを切断するさまざまな種類のレーザーの特性と応用範囲などについて述べている。
ADH工作機械は加工レーザー切断機の専門メーカーで、生産効率の向上、設計の最適化、アルミ製品の品質向上に貢献します。以下のことができます。 公式ウェブサイトを見る または 営業マンにご相談ください。
