レーザー切断機の用途は?イノベーションを起こす

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発行日 5月 23, 2024

I.はじめに

レーザー切断機の歴史は1965年まで遡ることができ、ウェスタン・エレクトリック・エンジニアリング研究センターがダイヤモンドの金型に穴を開けるために初めてレーザー切断機を使用した。その後、1967年に英国がレーザー支援による金属の酸素ジェット切断法を発明した。1970年代までに、レーザー切断技術は航空宇宙分野でチタン金属の切断に広く使われるようになった。

現代の製造業の中核技術として、レーザー切断機は多くの分野で重要な役割を果たしている。高精度、高効率、柔軟性という利点を持つレーザー切断機は、材料加工にかつてない可能性をもたらします。

レーザー切断機

本稿では、レーザー切断機の動作原理、種類、用途、今後の開発動向など、レーザー切断機に関する知識を解説し、読者やユーザーに包括的なガイドを提供する。

現代の製造業において、レーザー切断機はそのユニークな利点を生かし、機械加工の分野でまばゆいばかりの輝きを放つ宝石となっている。さまざまな材料を正確に切断できるだけでなく、複雑な形状の加工ニーズにも対応し、生産効率と製品品質を大幅に向上させる。

本稿では、レーザー切断機の動作原理、種類、各分野での用途、今後の動向など、レーザー切断機の基礎知識を軸に解説する。その考察をもとに、レーザー切断機のユーザーはレーザー切断機に対する理解を深めることができる。

II.レーザー切断技術の理解

1.レーザー切断とは?

レーザー切断機 レーザー切断は、高出力密度を利用して材料を溶融、燃焼、または蒸発させ、レーザー切断を仕上げる技術の一種です。レーザー切断機は、光学システムとCNC制御システムを使用して、材料表面にレーザービームを集光し、高品質の切断エッジを形成します。

レーザー切断技術は、1965年に初めてダイヤモンドの金型穴あけに応用され、その後1967年に英国が金属のレーザーアシスト酸素ジェット切断法を採用した。

レーザー切断の手順は3段階に分けられる:

ステップ1:Gコードファイルの生成

カッティングを行う前に、カッティングジョブのGコードを生成する必要がある。Gコードは、レーザー切断ヘッドの位置を機械に伝える、機械が読み取り可能な命令のセットです。

ステップ2:レーザービーム生成

レーザー光源

レーザービームはレーザー発振器によって発振され、異なるレーザーは異なるレーザー媒質を利用する。しかし、その物理原理は似ている。

Step3:カッティング工程

レーザービームは高品質のレンズを通して加工エリアに集光され、非常に小さな焦点を形成します。材料の厚みに基づいて、切断のスリット幅は0.1mmまで小さくすることができます。

切断中、酸素や窒素などのアシストガスが切断部分に吹き付けられ、溶融材料の洗浄や吹き飛ばし、切断の清浄性を保つのに役立つ。

一般的に、精度、効率、柔軟性にエッジを置いたレーザー切断技術は、工業生産、学校、中小企業、建設などで広く使用されている、

レーザー切断機の加工工程を学ぶために、短いビデオを楽しもう。

2.レーザー切断機の種類

レーザーの違いにより、レーザー切断機は主に3つのタイプに分けられる:CO2レーザーカッター、ファイバーレーザーカッター、YAGレーザーカッターです。それぞれのタイプは、独自のアプリケーション分野と機能を持っています。

(1)CO2レーザーカッター

  • CO2レーザー切断機は、レーザー媒体としてCO2ガスを使用し、木材、プラスチック、布などの非金属材料に適しています。また、薄い金属材料の切断も可能です。
  • CO2レーザーは、炭酸ガス、窒素ガス、ヘリウムガスで満たされたチューブに電流を流して光線を発生させる。
  • 波長10.6マイクロメートルのCO2レーザー切断機は、非金属材料の切断や彫刻に適しています。

(2)ファイバーレーザーカッター

レーザー切断機
  • ファイバーレーザー切断機は、レーザー媒体として希土類元素をドープした光ファイバーを使用し、高出力、高効率、低メンテナンスの要求を持っています。
  • 金属材料の切断、特に反射性の金属材料の切断に適している。
  • ファイバーレーザーカッターは、1.064マイクロ波の波長で、高精度の切断に適した短径の集光点を生成することができる。

(3)YAGレーザーカッター

  • YAGレーザーカッターは、レーザー媒質としてイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)結晶を使用し、高精度で高品質な切断の要求を満たしている。
  • 波長は1.06マイクロメートルで、金属や一部の非金属材料に適している。

(4)長所と短所の比較

3種類のレーザー切断機の長所と短所の比較

各タイプのレーザーカッターの主な長所と短所を表にまとめました。

レーザー切断タイプメリットデメリット
CO2レーザーカッター- 高いエネルギー効率 - 比較的低コスト- 厚い金属材料の切断には適さない - 定期的なメンテナンスとガス交換が必要
ファイバーレーザーカッター- 高い光電変換率 - 低消費電力 - 金属材料の切断に最適 - 低メンテナンスコスト、長寿命- 高価格 - 非金属材料の切断には適さない。
YAGレーザーカッター- 優れたビーム品質 - 高速切断 - 高精度加工に最適- 光電変換効率が低い - メンテナンスコストが高い

レーザー切断機の総合的な理解を通じて、私たちは各分野でこの技術をよりよく活用し、あらゆる分野の開発支援を提供することができます。レーザー切断技術が発展するにつれて、製造業の発展と革新を促進し続けるでしょう。

III.レーザー切断機の用途

レーザー切断機は、先進的な機械の一種であり、高出力密度のレーザービームを使用して材料を切断し、多くの分野で広く適用されている。この記事では、自動化、航空宇宙、医療、エレクトロニクス、建設、宝飾品業界におけるアプリケーションを詳細に紹介します。

レーザー切断技術

1.自動車産業

(1)自動車部品の精密切削加工

レーザー切断技術は、自動車製造において重要な役割を果たしている。ボディ部品、車のドアフレーム、トランク、ルーフカバーなどの自動車部品を精密かつ複雑に切断することができる。

レーザー切断機は、レーザー光線を材料表面に照射し、材料を溶かしたり蒸発させたりすることで、高精度な切断を実現する。この技術は、自動車部品の製品精度を向上させるだけでなく、製品サイクルとコストを削減した。

自動車部品の精密切断

(2)排気システムの製造

レーザー切断機は、自動車の排気システム製造に不可欠です。ステンレス鋼またはアルミニウム合金で作られた排気システムは、排気システムの品質と性能を保証するために、材料の高効率で精密な切断を可能にします。

さらに、レーザー切断技術は材料の無駄を省き、製品効率を向上させることができる。

2.航空宇宙産業

(1)航空機部品の切断

レーザー切断技術は、航空機部品を製造するために航空宇宙産業で広く適用されている。レーザー切断機は、品質と安全基準の厳しい要件を満たすように、航空機のボディ部品、翼およびその他の主要部品を切断することができます。

この種の技術の採用は、製品の効率を向上させるだけでなく、材料の無駄や製品コストの削減にもつながる。

(2)タービンブレードの製作

タービンブレードの製造

航空機エンジンの中核部品であるタービンブレードは、製造品質と効率に高い要求があります。

レーザー切断機は、タービンブレードの複雑なパターンを高精度に切断し、高温・高圧下での性能と耐久性を保証します。

さらに、レーザー切断技術は、タービンブレード製造の製品サイクルとコストを縮小することができる。

3.医療産業

(1)手術器具の製造

レーザー切断技術は手術器具の製造にも使われている。手術用ナイフ、鉗子、その他の手術器具を正確に切断し、切れ味と耐久性を保証することができる。

したがって、レーザー切断技術は手術器具の品質を向上させ、製品と時間のコストを削減した。

レーザー切断機

(2)医療用インプラントの製造

レーザー切断機は現在、人工関節や歯科インプラントなどの医療用インプラントの製造に広く適用されています。レーザー切断機は、インプラントのサイズや形状が患者の要件を満たすように、高精度で金属やプラスチック材料を切断することができます。

さらに、レーザー切断技術は、インプラント製造の時間的コストを削減することもできる。

4.エレクトロニクス産業

(1)回路基板の切断

回路基板の切断

レーザー切断機といえば、回路基板の切断に使用されることは周知の事実である。回路基板は電子製品の最も重要な構成部品であり、その製造精度と品質は電子製品の性能と寿命を直接決定する。

レーザーカッターは、回路基板の高精度かつ効率的な切断を可能にし、製造品質と精度を向上させます。

(2)電子部品の精密切断

レーザー切断機は、抵抗器、コンデンサ、トランジスタなど、あらゆる種類の電子部品を正確に切断することもできる。

この技術は、部品の精度と品質を向上させるだけでなく、パンチングやスコアリングなどの微細加工も行うことができるため、部品製造の精度と品質をさらに強化することができる。

5.建設業界

(1)構造部品の製造

構造部品

レーザー切断機は通常、構造部品の製造に使用される。レーザー切断機は、鉄鋼材料、アルミニウム材料、その他の建築材料を正確に切断し、構造部品のサイズと形状が設計要件を満たすことを保証することができます。

この技術は建設効率を向上させただけでなく、材料の無駄や製品コストも最小限に抑えた。

(2)建築要素のカッティング

レーザー切断機は、装飾金属板、ガラス、石などの建築要素の切断にも使用できる。レーザー切断技術は、複雑な建築要素を正確に切断し、美観と機能性を確保することができる。

さらに、レーザー切断技術は、建築要素の製造時間とコストを削減することができる。

6.宝飾産業

ジュエリー産業

(1)ジュエリーデザインの精密カッティング

業界のマシンは、ジュエリーデザインの正確なカットのために広く使用されています。レーザー切断技術は正確に絶妙さと複雑さを確保するために、金、銀、プラチナ、その他の貴金属を切断することができます。

レーザー切断機は、ジュエリーの精巧さを向上させると同時に、材料の無駄や製品コストを削減することができる。

(2)彫刻とマーキング

レーザー切断機は、ジュエリーの彫刻やマーキングにも使用できます。レーザー切断機は、ジュエリーの特別な展望の独自性と美学を確認するために、複雑なパターンや文字の正確なカットを可能にします。

さらに、レーザー切断技術は、宝飾品の製品と時間のコストを削減することもできる。

要約すると、レーザー切断技術は有望な応用の展望とエッジを持っている。これらは製品の効率と品質を向上させるだけでなく、製品と時間のコストを削減し、あらゆる分野の開発を促進することができます。

レーザー切断機

IV.レーザー切断機を使用する利点

1.高精度・高精度

レーザー切断機は高精度と効率で有名である。

(1)レーザービームの直径は、通常0.05mm以内の極めて短い範囲に調整することができ、極めて高い切断精度が得られる。

(2)その精度の高さから、電子部品や精密機械部品など、複雑で精密な切断プロジェクトで威力を発揮する。

(3)さらに、レーザー切断工程は物理的な接触がないため、機械的なプレスが材料に適用されず、従来の切断方法のような材料の変形や損傷を避けることができる。

レーザー切断機

レーザー切断機のエッジを示すために、レーザー切断、ウォータージェット切断、プラズマ切断、火炎切断の切断精度を、異なる板厚で3kWの出力レベルで比較した表を示す。

切断方法パワーレベル薄板(<3mm)精度中板(3-10mm)精度厚板(>10mm)精度
ウォータージェット切断3kW±0.1mm±0.5mm±0.8mm
レーザー切断3kW±0.05mm±0.08mm±0.1mm
プラズマ切断3kW±1.0mm該当なし該当なし
オキシ燃料切断3kW±1.0mm該当なし該当なし

表から、3kwのレーザー出力では、ウォータージェットとレーザー切断は、プラズマ切断と酸素燃料切断よりもはるかに高い精度を有していることがわかる。

一般に、切断作業に高水準の切断精度と滑らかな刃先が要求される場合、レーザー切断が最良の選択となる。

2.スピードと効率

レーザー切断機

レーザー切断機のもう一つの大きな利点は、その高速性と効率性である。

(1)従来の機械的切断方法と比べ、レーザー切断の速度は8~20倍になり、同時に15%~30%の材料を節約できる。

(2)この効率的な切断能力により、レーザー切断機は大規模生産やラピッドプロトタイピングにおいて明確な優位性を発揮する。

(3)ステンレス鋼のレーザー切断速度比較

厚さ (mm)功率(W)CO2激速光 (m/min)光纤激光速度 (m/min)YAG激光速度(m/分)
120003.51412
220001.676
320001.04.23.6
620000.52.11.8
820000.31.41.2

(4)アクリルレーザー切断速度比較表

厚さ (mm)功率(W)CO2激速光 (m/min)光纤激光速度 (m/min)YAG激光速度(m/分)
1303.02.52.0
2601.51.21.0
3901.00.80.6
51500.60.50.4
103000.30.250.2

この2つのグラフから、ファイバーレーザー切断はCO2レーザー切断やYAGレーザー切断よりも大きな利点を示していることがわかる。高精度と高効率を求めるのであれば、ファイバーレーザーカッターの方が良い選択であり、非金属材料を切断したいのであれば、CO2レーザーカッターの方が良い選択となる。

また、切削速度やその他のパラメータを考慮すると、統計値は変化する。

レーザー切断機

3.材料切断の多様性

レーザー切断機の多用途性は、金属、プラスチック、木材、紙、布など、さまざまな素材を切断する能力にも表れている。

(1)CO2レーザー切断機は通常、非金属の切断に使用され、ファイバーレーザー切断機は金属材料の切断に使用される。

(2)レーザー切断機は、さまざまな厚さの反射材を扱うことができ、これらの材料を工業用途で役割を果たすことができる。

このように、材料切断の汎用性も、この機械を製造業における重要な役割にしている。

レーザー切断が可能な材料:

レーザー切断
レーザー切断アクリル
レーザー切断
レーザー切断紙

4.費用対効果

レーザー切断機の初期投資は比較的高いが、長期的な運用コストは比較的低く、費用対効果は大きい。

(1)レーザー切断機の高い効率と精度は、材料の無駄と手直しコストを削減します。

(2)低メンテナンスコスト、特にファイバーレーザー切断機では、その長寿命と安定した動作により、メンテナンス頻度と消耗品交換コストを削減します。

(3)インテリジェント管理システムを応用することで、設備の運転状況とエネルギー消費量をリアルタイムで監視し、設備の運転パラメーターをさらに最適化し、運転コストを削減することができる。

まとめると、長期的に見れば、レーザー切断機は、製品効率や運用コストにかかわらず、大きな経済的利益をもたらす。

レーザー切断機

V.結論

レーザー切断機は、さまざまな材料の切断において比類のない精度、汎用性、効率性を提供し、製造風景に革命をもたらした。

複雑なデザインから複雑な形状まで、これらのハイテク驚異は、驚くべき精度とスピードですべてを処理することができ、業界全体で貴重な資産となっている。

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