I.はじめに
非接触の熱加工技術として、レーザー切断技術は工業生産に不可欠なツールとなっている。
高出力密度のレーザービームを利用して材料を溶融、気化、アブレート、発火させ、高速気流を採用して溶融物を吹き飛ばし、ワークの切断を実現する。
しかし、どんな技術にも制約や欠点がある。レーザー加工機は人体に悪影響を及ぼす可能性がある。
その上、レーザー切断機の副作用と安全使用を掘り下げて、工業における安全性と有効性を確保することが最も重要である。
II.レーザー切断の基礎
レーザー切断とは？
定義 および基本原則
レーザー切断は、高出力密度のレーザービームを被加工物に照射し、材料を素早く溶融、蒸発、切除、または発火点に到達させるプロセスである。
一方、溶融材料を吹き飛ばすために、光ビームで整列された高速フローによって補助され、ワークピースを切断する。
この技術は、2次元や3次元の薄い金属を含む、ほとんどすべての材料を切断することができる。
レーザー切断の基本的な動作原理は、パワーフィールド、熱化学反応、フローダイナミクス、変化する空気力学などの要素を含む、レーザービームと被加工物の間の相互作用を伴う。
B略史
レーザー切断機の歴史は、1964年に電気技師のクマール・パテルがニュージャージー州のベル研究所で二酸化炭素混合ガスを使ったガスレーザー切断加工を初めて発明したときにさかのぼる。
その後、レーザー切断技術は中国で急速に発展した。
1976年、CO2 中国科学院長春光学機械研究所と長春第一汽車製造工場自動車分公司などが共同開発したレーザー切断機は、「紅旗」自動車カバー部品の切断に成功した。
さらに、ファイバーレーザーは切断用途の主流となっており、市場全体の平均設置出力は年々増加している。
種類
レーザーの主な種類はCO2ファイバー、Nd：YAG。CO2 は、その高効率と長寿命により、特に高速切断において産業界で広く使用されている。
Nd:YAGは、その優れた光ビーム品質と高い切断効率により、ハイエンドユーザーに選ばれている。
各レーザーにはそれぞれ特性と応用領域があるので、ユーザーは実際の応用要求と材料特性に応じて、どのタイプのレーザーが使用できるかを判断する必要がある。
レーザー切断の用途
レーザー切断の恩恵を受ける産業
自動車製造業： レーザー切断機は、自動車製造業界で広く使用されている。自動車のドアや排気管などの加工に使われている。これらの部品には不要なエッジやバリが残るため、従来の手作業や伝統的な加工では精度と効率を確保することが難しい。レーザー切断は、より小さく狭い材料領域に対処することができ、明らかに熱と材料の無駄を削減し、自動車部品の精度と効率を向上させる。
航空宇宙産業： この技術は、航空機の胴体、翼、その他の主要部品の製造に応用され、材料の高精度加工を保証し、機械的応力の影響を軽減する。
電子・半導体産業： レーザー切断技術は、電子機器や半導体の精密加工にも応用できる。レーザー切断は、高精度で公差の狭い製造を実現し、高精度製品に対するこれらの業界のニーズを満たすことができる。
医療機器産業レーザー切断は、主に医療機器および装置産業における高精度の切断および製造用に設計されています。これには、手術器具、歯科機器、医療機器などが含まれますが、これらに限定されません。
装飾産業： レーザー切断機は、自動車内装パネルなどの複雑なパターンやグラフィックを切断するために使用され、迅速なカスタムメイドやパーソナライズされた製品開発の要件を満たします。
レーザー切断機で加工される一般的な材料
レーザー切断機は、金属、プラスチック、木材など、さまざまな種類の材料を切断できる。
また、非金属材料の切断も可能である。例えば、連続レーザー切断技術は主に非金属材料の切断に適している。
レーザー切断技術の利点は、幅広い加工対象、小さな変形、高精度、省エネ、自動化にある。
他の切断方法と比べ、レーザー切断は切断精度と精度が高く、熱影響部が小さく、材料の変形が少ない。
III.健康と安全への副作用
物理的危険
目の損傷
レーザー切断機の加工中、レーザーの高濃度と単色性により、目に直接損傷を与える可能性があります。
切断ヘッドを凝視し、火花を長時間観察すると、目に刺すような感覚を覚えることがある。
しかも、レーザー光は網膜に集光して結像するため、網膜上のエネルギー強度が大幅に向上し、角膜や網膜に損傷を与える可能性がある。
特に赤外線レーザー。体の保護的なまぶしさ回避反応である「瞬目反射」により、目に即座にダメージが生じる可能性がある。
皮膚損傷
レーザーが皮膚に当たったときのエネルギー（出力）が大きすぎると、皮膚に損傷を与える可能性がある。
この損傷は組織の修復によって修復されるが、機能は低下しても全体的な機能や構造には影響しない。
しかし、皮膚に長時間照射すると、火傷や瘢痕の原因となることがある。レーザーは光化学熱傷や熱傷によって皮膚を傷つける可能性があります。
光線は波長の違いによって表皮と真皮を透過し、異なるレベルの損傷を引き起こす。例えば、紫外線レーザーは火傷、皮膚癌、皮膚の老化促進を引き起こす可能性がある。
呼吸器のリスク
レーザー切断機は、特に特殊な金属材料を加工する場合、高温とガスの組み合わせにより大量の粉塵が発生し、使用中に呼吸器に損傷を与える可能性がある。
たいていの煙草には大量の化学成分が含まれている。誤って吸い込むと、呼吸器系に損傷を与える可能性がある。
また、これらの粉塵やガスを長期間吸入すると、呼吸器系粘膜の炎症や炎症を引き起こすだけでなく、肺組織の線維化を引き起こすこともある。
それが溶接じん肺で、マンガン中毒、フッ素症、金属ヒューム熱を伴うことが多い。
大気汚染に長期間さらされると、呼吸器系感染症、喘息、気管支炎、肺がんなどのリスクが高まる可能性があり、特に子供や老人は怪我をしやすい。
聴覚の副作用
機械の作業中に多くの騒音が発生することは否定できない問題である。
騒音は聴力に影響を与えるだけでなく、労働環境にも悪影響を及ぼす可能性がある。この研究では、高騒音に長期間さらされると、人々の聴覚と健康に深い影響を残すことが示されている。
一般的に、騒音が85～90デシベルを超えると、蝸牛に損傷を与える。声の大きさが100デシベルを超えると、長期間の暴露は不可逆的な難聴を引き起こす。
IV.環境および機械的影響
大気の質に関する懸念
その際、多くの埃と煙が舞う。 レーザー切断工程.この粉塵には、重金属や有機化合物などの有害物質が含まれている可能性がある。
粉塵は、排出が効果的に制御されていない場合、周囲の空気や水を汚染する。また、レーザー切断から発生する煙や有害ガスは、空気という形で作業場に流れ込み、効果的に制御されなければ、作業員の健康を脅かすことになる。
材料の無駄と効率
材料の無駄は、レーザー切断工程における紛れもない問題である。従来の切断では、切断ギャップが大きく距離が長いため、大量の材料が無駄になる。
しかし、レーザー切断技術は、部品の配置を最適化し、Fabricaideのようなツールを使用することで、材料の無駄を効果的に減らすことができる。
エネルギー消費
レーザー切断機の主なエネルギー消費部品は、工作機械のホスト、水冷装置、除塵装置などである。
V.作業上の危険
機器の故障
電源を入れても原点に戻らない。円が丸くならない。パネルディスプレイに「限界データ超過エラー」と表示される。レーザー管の高圧源水管が漏れて発火した。
注意メンテナンス
予防保全は、機器の故障を防ぐための重要な手段であり、定期的な点検、保守、修理を行い、機器が正常に作動するよう支援する。
予防保全の実行には、保全計画の立案、機器の定期点検、機器の保守・修理など、入念な計画とスケジューリングが必要である。
さらに、設備の点検とメンテナンスの報告書を記録し、設備の運転状態を追跡・管理できるようにすることも最も重要である。
安全確認
予防的なメンテナンスとは別に、定期的な安全チェックも欠かせない。これには、レーザー切断機の電気系統、油圧系統をチェックし、すべての接続が安定し、信頼できることを確認し、緩みや破損部品がないことを確認することが含まれる。
同時に、切断火花の飛散を防ぐバッフルなど、設備の点検には十分な予防措置を講じる必要がある。
火災リスク
しかし レーザー切断機の用途 低リスクのレーザーであっても、汚れや破片が原因で火災を引き起こす可能性はある。
火災が発生したら、計測を行う必要がある。火災が小さければ、消火器で消火できる。
消火を始める前に、電源を切る。火災が大きい場合は、最寄りのサイレンで助けを求め、速やかに最寄りの出口に移動し、途中で他の人に避難するよう知らせ、助ける。
エレベーターに乗らず、火災エリアとその周囲のドアを閉めて火と煙を抑える。
オペレーターのエラーとトレーニング
オペレーターの不適切な操作が事故を引き起こす可能性がある。そのため、定期的な技術更新とトレーニングコースが必要であり、作業員が作業環境に適応し、安全リスクを効果的に防止できるよう支援する。
VI.副作用の軽減
安全設備と手順
レーザー保護ゴーグル、保護アイマスク、保護服など、レーザー光線や飛散物から目、皮膚、手を効果的に保護できる安全装備が最も重要である。
また、切断エリア、特に酸素ボンベの近くでの喫煙の禁止など、特定の安全手順に従う必要がある。
その上、多くの消火器や他の安全設備レベルを使用する必要があります。また、評判の良い業者の機械を選び、それがFDAの規制に適合していることを確認することも必要である。
トレーニングと意識向上
常に安全教育ソースを提供することは極めて重要である。これには、理論トレーニング、安全操作手順、操作技術と注意事項、安全およびメンテナンスの知識、目の保護などが含まれますが、これらに限定されません。
技術の進歩
レーザー切断技術は過去数年間に明らかな進歩を遂げ、特に超高出力ファイバーレーザー切断技術の開発は、高速かつ高品質の厚板切断を迅速に実現し、切断補助ガスとして空気を使用することができます。
同時に、平面レーザー切断機の使用は、廃棄物の削減や残存材料の利用率の向上というプラスの副次的効果ももたらす。
その上、レーザー切断は無血切開、低侵襲手術に応用され、手術のリスクを減らすだけでなく、手術効率も向上させることができる。
技術の急速な発展に伴い、レーザー切断機は徐々に自動的でインテリジェントな方向へと発展していくだろう。
VII.結論
しかし レーザー切断機 生産効率の向上に大きく貢献する一方で、人体にダメージを与える可能性も否定できない。
したがって、安全意識を強化し、効果的な保護措置を講じ、絶えず技術革新を行うことが極めて重要である。
こうした努力により、レーザー切断による人体への影響を軽減し、レーザー切断技術の健全な発展を促進することができる。
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