レーザー切断機の用途

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発行日 4月 11, 2024

I.はじめに

レーザー切断機は、自動車製造、航空・宇宙、電子・家電、台所用品製造、フィットネス機器、広告、金属加工など、ほとんどすべての産業製造部門に適用できる。

その優れた適応性によって、さまざまな金属や非金属の素材を扱うことができる。

多くの面でエッジを持つレーザー切断機は、業界の不可欠な一部となりつつあり、多くの競合他社が競って採用する先進的な機器として機能している。

テクノロジーが発展するにつれ、マシン・アプリケーションの未来は広がっていく。製造業の変革を促し、アップグレードするために不可欠な役割を果たしている。レーザー切断機の多様な利用法を探ることは価値がある。

II.レーザー切断機を理解する

基本原則の説明

レーザーカッターは、レーザービームの熱エネルギーを使用して様々な材料を切断する機械の一種です。その動作プロセスは、まず、レーザー切断機によって生成されたレーザービームは、光学系によってワークの表面に光スポットとして集束されることである。

そして、パワー密度が高いため、レーザービームが照射された部分は、蒸発または溶融するほど急速に加熱される。

アシストガスによってアシストされた一貫して動くレーザービームは、光スポットを狭いスリットに結びつけ、切断を実現する。

一般的にはね、 レーザー切断機 CO2レーザー加工機、YAGレーザー加工機、ファイバーレーザー加工機をご紹介します。どのように機能するのか、一緒にビデオを見てみましょう。

レーザー切断機の構成部品

レーザー切断機は、レーザー、光学システム、切断ヘッド、作業台、CNCシステム、補助装置、コンピューターシステムで構成される。

レーザー

中核部品であるレーザーは、高出力密度のレーザービームを発生させることができる。通常、CO2ガスレーザーカッターやファイバーレーザーカッターなどがある。

光学システム:

レーザー切断機の主要部品である光学系は、加工精度と切断品質に直接影響する。したがって、その性能は重要です。

その主な機能は、レーザーによって生成された原点レーザービームを再形成し、コリメートし、集束させ、高出力密度の光スポットを被加工物の表面に形成して正確な加工を実現することである。

反射鏡、集光レンズ、コリメーター、保護レンズ、ビームシェイパー、光路調整機構の5つの主要部品で構成される。

リフレクターだ:

レーザービームの進行方向を変え、カッティングヘッドに導くことができる。

フォーカスレンズ:

集光レンズはカッティングヘッドに設置され、平行レーザービームを小さな光スポットに集光するために使用されます。レンズの焦点距離はスポットサイズに影響し、切断精度に影響する。

コリメーター:

コリメーターは、レーザービームのコリメーションを調整し、ビームの発散角を小さくして、可能な限り平行光に近づける。

コリメーターは通常、集光レンズと組み合わせて凹レンズを使用し、集光スポットを効果的に縮小する。

保護レンズ:

カッティングヘッドの下部に位置する保護レンズは、カッティング中に発生する飛散物や粉塵などの汚染がフォーカシングレンズを汚染するのを防ぎます。

ビームシェーパー:

高精度のマシンは、光量をより均一にするために、フォーカシングの前に形状を変える必要がある。

光路調整機構:レーザービーム集光位置の安定性を確保するため、光路の精密な調整と校正を行う。

カッティングヘッド

カッティングヘッド

カッティングヘッドは主にノズル、集光レンズ、トラッキングシステムから構成される。レーザービームを表面に集光し、補助ガスを導入します。

CNCシステム:

移動経路、速度、レーザー出力などの加工パラメータを制御できる。

ワークベンチ

ワークを固定するベッドとして機能し、X軸、Y軸、Z軸で移動構造を構成する。

補助装置:

チラー、エアコンプレッサー、排気装置など。冷却、ガス供給、排煙など、切削加工に必要な補助機能を提供する。

レーザー切断に対応する材料

レーザー切断に適合する材料は、金属と非金属の2種類に分けられる。

金属には、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム、チタン、銅、金などがある。ステンレス鋼は、レーザー切断に使用される最も一般的な金属の1つで、高品質の切断が可能です。

非金属には、アクリル、木材、皮革、ガラス、紙、段ボール、カーテンなどがある。アクリルは最も一般的な非金属材料のひとつで、広告や装飾業界で広く使用されている。

さらに、レーザー切断機では、木材を高精度に切断して工芸品や模型を作ることができる。

しかし、有毒ガスを発生し、装置を損傷させるため、レーザー切断に適さない材料もある。

例えば、ハロゲンを含むプラスチックの一種であるPVCは、加工中に有毒ガスを発生する。

ポリカーボネート、グラスファイバー、カーボンファイバー、ミラー素材もレーザー切断には適さない。これらの切断加工は機械を損傷する恐れがあります。

III.レーザー切断機の産業応用

自動車産業

自動車部品の切断と彫刻

レーザー切断機は、内装部品やボディの外装パネルを含む自動車部品の精密で高品質な切断と彫刻を可能にする。レーザー切断機には、従来の加工方法にはない多くの利点があります。

バリのない滑らかなエッジで高精度のカッティングが可能で、後工程を減らすことができる。

レーザーは、高速加工と高い生産性を備えた大量バッチ処理用に設計されています。様々な材料を加工できることから、その汎用性の高さが証明されています。非接触切断は、材料の変形を避け、部品のサイズを安定させます。

自動車部品の溶接と熱処理の補助

自動車部品の直接切断に加え、溶接や熱処理も支援できる。

第一に、この機械は溶接の前に切断の準備をすることができ、溶接の効率と品質を向上させます。第二に、熱成形中に高強度鋼板を切断し、モードによる部品成形を完了します。

第三に、レーザーカッターは部品の表面に局所的な熱処理を施し、耐摩耗性や耐食性を向上させることができる。

数多くの有名な自動車メーカーが生産時にレーザー切断機を採用している。以下に例を挙げる。

ゼネラルモーターズ レーザー切断機でボディ部品や内装部品を加工する

トヨタ レーザーカッターは、生産性と製品品質を向上させるため、生産ラインで広く使用されている。

テスラ 電気自動車のバッテリーボックスやボディ部品はレーザーカッターで作られている。

自動車製造に欠かせない加工設備として、レーザー切断機はより広く、より深く採用され、自動車の軽量化、個性化、知能化を支えている。

航空宇宙産業

軽量素材の精密切断

その完璧な強度と重量の比率のおかげで、アルミニウムやチタンのような軽量素材は航空宇宙産業で広く使用されている。

高精度で効率的な品質により、レーザー切断機は加工のための賢明な選択となる。

さらに、マイクロレベルの切断精度、小さな熱影響領域、材料の最小限の熱変形を可能にし、部品の精度と品質を保証する。

しかし、これらの材料の切断は依然として困難である。例えば、チタンは高温で酸素に反応して活性化し、もろい酸化層を生成するため、酸化を避けるためには不活性ガスが必要である。

複雑な航空機部品・コンポーネントの製造

レーザー切断機は、複雑な航空機部品の製造においてその強みを発揮する。

一方、レーザー切断では、必ずしも複雑なモードを使用することなく、CADモデルに基づいて直接加工できるため、製品設計から生産までのサイクルが大幅に短縮される。

一方、その柔軟性により、航空機エンジンのタービンブレードなど、あらゆる複雑な部品の加工が可能だ。

しかし、一部の特殊な素材や複雑な構造に関しては、レーザーカッターは精度と効率の面で弱いままである。そのため、技術革新と職人技の更新がインテリジェントな解決策となる。

例を挙げよう:

ボーイング 航空機の皮膚や翼のような大型部品の加工に使用される。

エアバスレーザー切断技術は、生産効率と製品品質を向上させるために、A350のような新しい航空機の製造に広く使用されています。

ロッキード・マーチンこの機械は、F-35戦闘機の複雑な構造を持つ部品、例えば機体表皮や仕切り枠の製造に使用される。

全体として、レーザー切断機は、その精度と効率における完璧な性能で、航空宇宙産業における役割を果たしてきた。

しかし、課題も残っている。今後、関連技術の発展・高度化に伴い、レーザーカッターの存在意義は高まっていくだろう。

エレクトロニクス産業

精密部品の切削加工

エレクトロニクス産業では、部品の精度と品質に対する要求が高い。そのため、レーザーカッターは、その高い精度と効率的な特性により、部品加工に望ましい選択肢となっています。

レーザーカッターは、マイクロレベルの精密切断、小さな熱影響部、材料の変形を最小限に抑え、部品の精度と品質を保証することができます。

これらの品質は、集積回路基板やマイクロセンサーなどの精密な電子部品の製造に不可欠である。

回路基板のラピッドプロトタイピング

電子製品の研究開発において、ラピッドプロトタイピングは製品の発売を早める中核的な要素です。レーザーは、複雑なモードを使用することなく、CADで設計されたファイルに基づいてワークを直接加工するため、設計から生産までの期間が驚くほど短縮されます。

加えて、その柔軟性は、回路基板設計のアップグレードを処理する能力を持つマシンを装備し、電子製品の迅速なアップグレードと開発を大幅にサポートしています。

全体として、エレクトロニクス産業で適用されるレーザー切断機は、部品加工の精度と効率を向上させるだけでなく、製品開発を促進するラピッドプロトタイピングを加速し、生産ラインの自動化とインテリジェンスを高めることができます。

レーザー技術が発展し、その技術がアップグレードされるにつれて、この機械は業界でより深く、より広く活用されるようになるだろう。

家電製品のケーシングの切断 レーザー切断機は、携帯電話やタブレットPCなどの消費者向け電子製品の筐体加工、特に金属筐体の切断にも使用されています。レーザー切断機には様々な利点があるが、以下に説明したい:

レーザー切断は、曲面での複雑な切断が可能で、特殊な形状のシェルの加工に適しています。バリのない完璧な切断性能により、後工程を推し進めることができる。

さらに、レーザー切断では、アンテナホールやボタンホールなど、シェルにさまざまな機能的な穴を直接開けることができる。

しかし、家電製品の筐体には通常、アルミ合金のような難加工材料が採用されており、レーザー切断機には高い要求が課されている。

全体として、レーザー切断機は、PCB製造、部品加工、家電筐体製造などのエレクトロニクス産業でその役割を果たしている。

私たちが注目すべき点は、さまざまな産業で加工される材料が異なるため、機械の品質を左右するレーザー切断技術は、市場の需要に合わせて改善されるべきであるということです。

医療業界

医療機器とインプラントの精密切断

レーザー切断機は、その高精度と低熱愛情の品質により、医療産業でもその一翼を担っている。そのエッジは様々な面で存在する。

マイクロレベルの切断精度を可能にし、医療機器やインプラントの高精度要件を満たします。例えば、心臓ステントや整形外科用インプラントなど。

切削時の熱影響部が小さいため、材料の生体適合性に影響を与えず、インプラントの安全性を確保します。

レーザー切断機は、ステンレス鋼、チタン合金、バイオセラミックスなど、複数の医療材料を加工できる。

しかし、医療機器やインプラントは、切削品質や一貫性に対して極めて高い要求を課している。従って、製品の品質を管理するために、機械のパラメータを厳密に制御する必要があります。

手術器具・用具の製造

レーザーカッターは、メス、ハサミ、ペンチなどの手術器具や工具の製造にも広く使用されている。

手術器具の複雑な形状や構造を切り取ることができ、その機能性能を向上させる。

レーザーカッターはその高い切断精度により、手術器具の寸法精度と適合精度を保証する。また、手術器具の大量生産も可能です。

しかし、手術器具はエッジカットの品質に厳しいため、その後の研磨やその他の処理を行うためには、切削技術を向上させる必要がある。

メドトロニック:レーザー切断技術を用いて、ペースメーカーや血管ステントなどのインプラントを製造。

ジョンソン・エンド・ジョンソン レーザーを使って手術器具や整形外科用インプラントを製造している。

ボストン・サイエンティフィック レーザーカッターは、心臓弁、血管造影カテーテル、その他の治療器具の製造に使用されている。

上記の企業は、レーザー切断機が医療機器や医療技術の品質向上に不可欠な役割を果たしていることを証明している。

レーザー切断技術の発展と医療に対する需要の高まりに伴い、レーザー切断機は医療機器の品質確保と医療産業の発展加速に大きく貢献している。

IV.レーザー切断機の将来

レーザー切断機

技術の進歩

固体UVレーザーの利点は徐々に明らかになりつつある。

高効率、高品質、長寿命、低メンテナンスコストの紫外線レーザーは、従来のエキシマレーザーを駆逐し、OLEDや微細加工産業に広く応用されそうだ。

大出力レーザー切断機やレーザー直接成形機のような高級機が広く適用されている。

国内のレーザー切断技術の躍進に伴い、ハイエンドのレーザー加工機の現地化の度合いも高まるだろう。

自動化とインテリジェンスの推進。

ロボット、視覚認識、人工知能と統合されたレーザー切断技術は、自動化、インテリジェンス、生産性を向上させるだろう。

レーザー切断の新技術が登場

フェムト秒レーザーや半導体レーザーなど、新しいレーザーカッターの応用により、その応用範囲や加工領域が広がっている。

市場動向と成長予測

より大きな市場

2023年、中国のレーザー切断機の総産業市場規模は約850億元になると推定されている。

技術の発展に伴い、レーザー切断機は従来の加工機に取って代わり、より高い普及率につながるだろう。

川下の応用分野が拡大。

市場の需要の増加に伴い、レーザー切断装置は新エネルギー自動車、航空宇宙、ハイエンド機器製造などの分野でより広く使用されるようになる。

中低出力機は大きな可能性を秘めている。

技術の進歩とコストの低下により、特に米国や欧州などの先進国では、国内企業や中堅・中小企業で使用される中低出力機械の需要が高まっている。

国内ブランドの市場競争力は高まっている。

国産レーザーカッターの基幹部品が改良され、コストパフォーマンスに優れた国産機の世界シェア拡大が期待される。

全体として、レーザー切断技術は急速に発展している。技術の進歩にせよ、市場の要求にせよ、機械は豊かな未来を約束する。

V.結論

本稿では、レーザー切断機について、その定義、動作原理、産業用途、今後の動向などを紹介した。

ADHレーザー切断機は、高い精度と効率性を持っており、製造業の印象的なヘルパーとして機能する。

当社の機械は高精度の加工を可能にし、当社は世界的に競争力のある輸出業者です。あなたは 詳細は製品ページをご覧ください。.

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