レーザー切断のメリットとデメリット

材料は、切断されない限り、表面の微細構造を変えることはできません。レーザー切断は、機械加工のために材料を切断する最も一般的な技術の一つです。設計や目的に応じたパターンを容易に作成できます。この方法では、強力なレーザービームを用いて材料を溶融、燃焼、蒸発させます。このプロセスは非常に有用ですが、レーザー切断には多くの利点と欠点があることを理解することが不可欠です。

切断工程はレーザーカッターを用いて行われます。レーザーカッターは細いレーザービームを材料に焦点を合わせます。しかし、切断を始める前に、デザインやパターンに基づいて明確な目的を定めておく必要があります。従来、特定の硬い材料を従来の方法で切断することは困難でした。しかし、レーザーカッターの登場により、切断は容易になりました。

ここでは、レーザーカットについて知っておくべきことをすべてご紹介します。また、レーザーカットの仕組みやメリットとデメリットについても解説します。

レーザー切断とは何ですか？どのように機能しますか？

多くの製造業では、生産プロセスの高速化のためにコンピュータ数値制御機械を導入しています。これらの装置は、以下のような様々なプロセスを採用しています。 レーザー切断サービス全てのコンピュータ数値制御機械は、デジタル化された図面をコンピュータ言語に変換して機械に命令を出します。

この言語は、デバイスにデザインの実行に必要な指示を提供します。言語とマシン間のリンクは、画像をプリンターに送信するのと似ています。また、レーザーカッティングマシンも同様に動作し、デザインを迅速に完成させることができます。

レーザー切断製品の設計では、2Dベクターファイルを使用してレーザーを誘導することができます。本製品はレーザー共振器で構成されています。この共振器にはガラス繊維、または場合によっては結晶体のガス混合物が含まれています。設計者が使用する材料切断手順によって、構成する共振器が決まります。混合物にエネルギーを入力すると、切断プロセスが開始されます。混合物が複数のミラーレンズを通過した後、レーザーが集光されます。

 レーザー切断はどのように機能しますか?

レーザー切断のメリットとデメリットを詳しく検討する前に、その仕組みを理解することが重要です。レーザー切断機はCNC工作機械と似た仕組みですが、より高出力のレーザーを使用します。レーザーはCNCと光学系を用いて材料またはビームを誘導します。この装置は材料を切断し、CNCまたはGコードを使用して動きを制御します。

レーザービームを集光すると、材料は溶融、気化、燃焼します。さらに、材料にガスを吹き付けることで、高品質なエッジ面仕上げを実現できます。レーザービームは、密閉容器内でランプまたは放電によってレーザー発振材料を活性化することで形成されます。

部分的な鏡による内部反射の後、レーザー材料は増幅されます。このプロセスは、十分なエネルギーがコヒーレントな単色光の形で蓄積されるまで続きます。光ファイバーや鏡を用いて作業領域に焦点を合わせることで、光の強度が向上します。

レーザービームの直径は、最も細い部分で0.32mm未満です。一方、カーフ幅は0.10mm程度まで小さくなります。ただし、これは材料の厚さによって決まります。レーザー切断機による切断が材料の端から始まらない場合は、ピアシング加工をご利用ください。

ピアシング加工では、レーザーを高出力で材料に穴を開けることができます。例えば、厚さ13mmのステンレス鋼板を焼き切るのに5～15秒かかります。

レーザー切断の主な利点

レーザー切断には真のメリットがあります。これらのメリットは、材料、厚さ、品質の要件がプロセスに適合した場合にのみ発揮されます。以下では、それぞれのメリットについて、「なぜ」という理由と、それが実現される条件を説明します。.

高精度＆狭幅

レーザー切断は非常に正確な輪郭を作成できます。これは、ビームが狭く、動作がCNC制御されているためです。実際の工場では、達成可能な公差は機械のクラスと厚さによって異なります。また、熱挙動にも左右されます。しかし、多くの場合、2Dプロファイルの加工工程を削減するのに十分な精度が得られます。これは、狭い形状、穴、そして均一なエッジが求められる部品に最適です。.

薄～中厚で高速

レーザー切断は、薄板から中厚板までの材料を高速に切断できます。このプロセスは連続的、非接触、そして高度に自動化されています。複雑な形状でも、「ツール」が変わらないため、多くの場合良好に切断できます。これは、ネストされたシートの製造に最適です。このような場合、深い3D形状よりもスループットが重要です。.

優れた再現性

再現性は、生産現場でレーザー切断を使用する大きな理由です。パラメータを設定すれば、プロセスは部品を一貫して製造できます。これらのパラメータには、材料、ガス、焦点、速度が含まれます。これは連続生産に最適です。連続生産では、同一の部品を何度も手直しすることなく、正確に製造する必要があります。.

非接触切断

ビームが切削を行います。つまり、回転工具からの切削力は発生しません。また、工具刃先が摩耗することもありません。これは、部品が繊細な形状や薄いウェブを持つ場合に有効です。この方法は、複雑な形状に最適です。これらの部品は、機械切削ではガタガタと音を立てたり、曲がったり、バリが出たりしてしまいます。.

柔軟な複雑さ

レーザーカッターは、新しい輪郭を作るために新しいツールを必要としません。そのため、複雑さは主にプログラミングと安定性の問題です。そのため、複雑な2Dプロファイルであっても、必ずしもコストが高くなるわけではありません。これは、頻繁な設計変更、プロトタイプ、混合部品のネストに最適です。.

材料利用

レーザーカッティングはネスティングソフトウェアとの連携が優れています。シートの有効活用とスクラップの削減に効果的です。ネスティングを繰り返すことでコスト削減効果を実感できます。また、材料費が総コストの大部分を占める場合にも効果を発揮します。これは、大量のシート加工や高価な材料を扱う場合に最適です。.

自動化の可能性

レーザー切断はCNCワークフローに自然にフィットします。ローディング・アンローディングシステムとの統合も可能です。完全な自動化がなくても、多くの場合、手作業を削減できます。これは、複数段階の切断セットアップと比較した場合の真価です。予測可能なスループットを重視する生産セルに最適です。.

主な欠点と制限

レーザー切断の欠点は、主にプロセスウィンドウに関するものです。これには、厚さ、熱、煙、そしてセットアップに対する敏感さなどが含まれます。これらの限界を理解することで、品質の低下、安全上の問題、そして予期せぬコストの発生を回避することができます。.

厚さと生産性の限界

レーザー切断は厚い金属を切断できます。しかし、厚みが増すにつれて生産性とエッジ品質は通常低下します。実用的な「最大厚さ」は単一の数値ではありません。レーザー出力、材料のグレード、ガス、そして品質要件によって異なります。仕様で厚板に非常にきれいなエッジが求められる場合、加工可能な範囲は狭くなる可能性があります。.

エッジへの熱の影響

レーザー切断は熱処理プロセスです。熱影響部（HAZ）が生じる可能性があります。また、エッジの酸化や変色を引き起こす可能性もあります。これはガスと材料によって異なります。パラメータの変動により、ドロス、マイクロバリ、エッジテーパーなどの問題が発生することがよくあります。次の工程が溶接やコーティングである場合、エッジの状態は見た目だけでなく、性能にも影響を与える可能性があります。.

反射的/問題のある材料

材料によっては加工が難しい場合があります。これは、反射率、導電性、コーティング、表面の凹凸などが原因となる場合があります。たとえ「切断可能」な材料であっても、より厳密な制御が必要となる場合があります。これは、フォーカス、ガス、ピアス戦略に当てはまります。安定性が重要な場合は、開発期間が長くなることをご承知おきください。.

煙と安全要件

レーザー切断では煙や粒子が発生する可能性があります。特定のプラスチックやコーティングされたシートなど、一部の材料は有害なガスを発生します。安全なレーザー加工には、適切な排気とろ過が必要です。また、材料に関する規則も必要です。これは必須です。これを怠ると、優れたプロセスがあっという間に危険な作業場へと変わってしまいます。.

初期費用と運用コスト

産業用レーザーカッターは多額の初期投資が必要です。運用コストは電気代だけではありません。補助ガスの使用、光学系のメンテナンス、消耗品など、部品1個あたりのコストも増加します。ダウンタイムやオペレーターの作業時間もコストに影響します。機器本体の購入を避ければ、サービスを受けることで費用対効果を高めることができます。しかし、厚板、厳しい仕様、加工困難な材料の場合は、価格が急騰する可能性があります。.

プロセス感度

レーザー切断は必ずしも「スタートボタンを押して放っておけばいい」という作業ではありません。設定が適切でないと、焼け、ドロスの発生、エッジの荒れなどが発生する可能性があります。また、カーフの不均一性も生じます。ピアシングにおいては、オペレーターのスキルが最も重要です。厚板や反射材の切断においても、オペレーターのスキルは重要です。.

レーザー切断が適切な選択となるのはどのような場合ですか?

レーザー切断は、主に2D貫通切断を行う部品に最適です。また、精度、速度、再現性を重視する場合にも最適です。この簡単なチェックリストを参考に、ご判断ください。.

• 対象部品は2Dプロファイル（シート／プレート）またはチューブプロファイルです。深溝3D加工には適していません。.
• エッジ品質と寸法の一貫性はバッチ全体で重要です。.
• 特別なツールを使用せずに複雑な輪郭を作成する必要があります。.
• 材料のネスティングとスクラップの削減はコストに大きく影響します。.
• 材質と厚さは、品質ニーズに合わせて安定したプロセスウィンドウに適合します。.

いくつかが「いいえ」であっても、レーザー切断は可能な場合があります。ただし、調整が必要になることを覚悟しておく必要があります。また、部品あたりのコストが高くなったり、エッジの外観が損なわれる可能性もあります。.

結論

私たちの視点から Yonglihao Machinery, レーザー切断の長所と短所は、プロセスの限界の問題です。材料、厚さ、そしてエッジの要件が安定した範囲内であれば、レーザー切断は優れた性能を発揮します。必要な工具をほとんど必要とせず、精度、再現性、そしてスピードを実現できます。しかし、その範囲を超えると、プロセスコストが上昇し、一貫性が失われる可能性があります。これは、板厚が厚い場合、扱いにくい材料の場合、あるいはヒューム制御が弱い場合に発生します。.

レーザー切断サービスを検討している場合、または独自のワークフローを計画している場合は、まず境界条件から始めてください。次に、速度とコストを最適化します。この順序で進めれば、ほとんどの問題は回避できます。.

よくある質問

レーザー切断は常に最も正確なオプションですか?

いいえ。レーザー切断は精密ですが、最終的な精度は機械、板厚、熱の影響によって異なります。薄板から中厚のプロファイルには非常に優れていますが、厚い板や厳しいエッジ要件がある場合は、精度の限界が狭まる可能性があります。「精度」は常に、材料、板厚、検査方法と関連付けて考える必要があります。.

なぜ厚さによって切れ味が大きく変わるのでしょうか？

材料が厚くなると、溶融してカーフを通過するのが難しくなります。厚みが増すにつれて、熱流とガスの除去がより敏感になります。これにより、ドロスやテーパーの発生リスクが高まります。そのため、薄板では良好な状態に見える設定でも、厚板ではうまくいかないことがあります。.

日々の生産において最も一般的な欠点は何ですか?

最も一般的な製造上の問題は、ドロス、エッジの酸化、そしてパラメータの感度です。これらは通常、ガス設定、焦点位置、あるいは材料の表面状態に起因します。適切なプロセス制御は、単に電力を増加させるだけでなく、より多くの問題を解決します。.

金属を切断するだけの場合、本当に煙の除去が必要ですか?

はい。金属切削では依然として粒子や煙が発生します。コーティングによっては、さらなる危険性が生じる場合があります。ガスの毒性がそれほど高くなくても、微粒子は健康リスクとなります。また、清掃上の問題にもなります。適切な換気とろ過を行うことで、人、光学系、そして稼働率を守ることができます。.

レーザー切断サービスが機械を購入するよりも費用対効果が高いのはどのような場合ですか?

作業量が不確定であったり、作業内容が大きく変動する場合、サービスの方が費用対効果が高い場合が多いです。作業ごとに料金を支払うため、機器の購入を避けることができます。作業内容が安定的で、反復的で、作業量が多い場合は、機械を所有するメリットがあります。ただし、人員を確保し、メンテナンスできる場合に限られます。.