板金レーザー切断：プロセス、種類、ヒント

Yonglihao Machineryでは、大手 試作会社, 当社では、きれいな形状、再現性のある精度、そして迅速な納期が求められる部品には、板金レーザー切断を採用しています。 レーザーカットサービス ブラケット、カバー、筐体、機械フレームなどに最適です。また、その他多くのフラットパターン部品にも使用できます。.

この記事では、「板金レーザー切断とは何か？」という疑問に焦点を当て、そのメリットと期待される効果について解説します。主なレーザーの種類と一般的な切断モードについて解説します。さらに、主なメリット、限界、そして高額な手戻りを防ぐための設計ルールについても解説します。.

板金レーザー切断とは何ですか?

板金レーザー切断は、CNC制御による熱切断プロセスです。集光されたレーザービームを用いて、プログラムされたパスに沿って金属を溶融または蒸発させます。これにより、板金からネットシェイプのプロファイルが切り出されます。.

実際には、輪郭がはっきりし、小さなカットギャップ（ 切り口. エッジの品質は、材料、その厚さ、アシストガス、および機械の設定によって異なります。.

「板金」の部分が重要です。このプロセスは、形状がほぼ2Dで材料が平坦な場合に最も効果的です。「CNC」の部分も重要です。切削パスはCAD/CAMの出力に沿って、バッチ間で高い再現性を保ちます。.

板金レーザー切断の仕組み

レーザー切断は、光エネルギーを微小な点に集中させることで機能します。これにより、局所的なエネルギー密度が高まり、金属を溶融または蒸発させるのに十分な高さになります。同時に、CNCモーションによって、そのホットスポットが切断線に沿って移動します。ビームが生成され、光学系によって整形され、スポットサイズに集束されます。このスポットサイズによって、エネルギー密度と切断挙動が制御されます。.

アシストガスは実際の生産において不可欠です。切断面から溶融材料を除去します。また、光学系を保護し、酸化と刃先の色を制御します。酸化を最小限に抑えたい場合は、窒素が一般的に使用されます。酸素は一部の鋼材の切断速度を向上しますが、刃先の状態を変化させます。.

レーザーヘッドが移動すると、切断面が形成されます。また、 熱影響部（HAZ） エッジ付近。HAZは通常、他の熱処理方法に比べて小さいですが、それでも存在し、コーティング、タイトフィット、反りが発生する可能性のある薄肉部品に影響を与える可能性があります。.

主なレーザーの種類

ファイバーレーザー

ファイバーレーザーは固体レーザーです。光ファイバーを通してビームを照射します。このタイプのレーザーは、高い電気効率と強力なビーム品質で知られています。鉄鋼や多くの非鉄金属に最適な選択肢となることがよくあります。また、以下の材料でも優れた性能を発揮します。 アルミニウム、真鍮、銅などの反射材 マシンがそれらのために設計されている場合。.

ファイバーは、通常、スピード、安定した品質、そして部品単価の低さが求められる場合に選択されます。しかし、一部の厚い部分では実用的な限界が現れます。また、特殊なエッジ仕上げや、追加工程なしで非常に低いテーパー角を必要とする部品には適さない場合があります。.

CO₂レーザー

CO₂レーザーは、ガス放電から赤外線ビームを生成します。長年にわたり、主要な産業用切断技術として使用されてきました。非金属材料の切断にも広く利用されています。また、機械の出力と設定によっては、一部の金属、特に薄板の切断にも適しています。.

非金属加工も行う場合は、CO₂レーザーが適した選択肢となるでしょう。CO₂レーザーは成熟した、よく理解されているプラットフォームを提供しています。主な制限は通常、以下の通りです。 効率が低い 多くの最新のファイバー システムと比較すると、反射性金属に対するパフォーマンスは低くなります。.

結晶/固体レーザー

Nd:YAG系のような結晶レーザーや固体レーザーは、ドープされた固体利得媒質を使用します。特定の用途に適した波長とパルス特性を提供します。これらのレーザーは、切断、マーキング、あるいはビーム特性が重視される特殊なプロセスに適用できます。.

板金切断において、これらのシステムは汎用性よりも「用途重視」の傾向があります。ニッチな材料や特殊な加工ニーズに対応するために選択される場合もありますが、必ずしも汎用性において最も費用対効果の高いソリューションとは限りません。.

板金用レーザー切断の3つの一般的なモード

溶融切断（窒素/アルゴン）

フュージョンカットは金属を溶かし、その後、不活性ガス（通常は窒素）を用いて切断面から溶融物を吹き飛ばします。この工程により、切断面の酸化を最小限に抑えることができます。通常、切断面の外観、コーティングの密着性、または溶接品質が重要となる場合に好まれます。.

この方法は、より高いガス流量が必要になるというトレードオフがあります。また、より厳格な工程管理も必要になります。ステンレス鋼や多くのアルミニウム加工では、「きれいな切断面」を求める場合、フュージョンカットが一般的に採用されています。“

反応性/炎切断（酸素）

反応性切断では、酸素をアシストガスとして用います。これにより、酸化反応によって化学エネルギーが付加されます。この反応により、適切な鋼材の切削速度を向上させることができます。高いスループットが優先され、酸化刃先が許容される場合、費用対効果の高い方法となります。.

制限となるのはエッジの状態です。明るく低酸化物エッジが必要な場合、酸素切断は最適ではない可能性があります。.

昇華カッティング

昇華切断は、材料をほとんど溶融させずに蒸発させる切断方法です。これによりドロスが低減し、切断面の特性が変化します。金属の場合、溶融切断や反応切断よりも一般的ではありません。切断速度よりも切断面の品質が重視される特殊なケースで使用される傾向があります。.

このモードでは通常、より厳密な焦点と高いプロセス安定性が求められます。そのため、板金加工においてはデフォルトではなく、「正当な理由がある場合に使用する」アプローチとなります。.

主な利点と実際的な限界

レーザー切断は、複雑な2Dプロファイルの作成に最適です。形状の再現性が高く、部品への機械的負荷も最小限に抑えられます。そのため、詳細なアウトライン、狭い半径、そしてシートをより有効に活用するための高密度ネスティングに広く使用されています。.

実用的な限界は主に物理的な問題とコストに関係しています。これには、厚さ、熱管理、そしてエッジの要件が含まれます。厚い切断面ではテーパーが見られる場合があります。また、使用するガスによっては、局所的な変色や酸化が発生する場合もあります。薄い板は、狭い範囲に熱が集中すると反りが生じる可能性があります。.

安全性と衛生面も重要です。この工程では金属煙、コーティング蒸気、微粒子が発生します。これらには適切な抽出と厳格な操作手順が必要です。.

さらに詳しく読む: レーザー切断のメリットとデメリット

より良いレーザーカット部品を得るための基本的な設計のヒント

優れたレーザー切断結果は、機械ではなくCADファイルから始まります。切断面の予測値、間隔、熱の集中を管理することでコストを削減できます。また、「なぜ合わないのか？」という驚きを避けることにも役立ちます。.

以下は、レーザーカット部品をレビューする際に使用する実用的なチェックリストです。

• 切り込みの計画: カットラインの幅が「ゼロ」であると想定しないでください。切り込みは、特にスロットやタブなど、部品の組み付け方に影響します。.
• 最小ウェブ/間隔を尊重: 切り込みの間隔は十分に広くしてください。こうすることで、過熱や歪みを防ぐことができます。.
• 厚い素材に細かい特徴を置かないようにする: 小さな穴、鋭い内部コーナー、および細いブリッジは、厚さが増すにつれて不安定になります。.
• 内部コーナーを管理する: 可能な場合は、小さな半径を追加してください。これにより、局所的な熱の蓄積と応力点が減少します。.
• テキストと彫刻: 線幅を広くし、間隔を広く取りましょう。こうすることで、文字がくっついたり消えたりするのを防ぐことができます。.
• 熱集中: 特徴部分をずらし、レリーフカットを追加します。これは、長くて狭い巣穴によって熱がこもりやすい場合に有効です。.

結論

一つ覚えておいていただきたいのは、板金レーザー切断は熱除去を制御する技術だということです。ビーム、焦点、アシストガス、そしてCNCモーションがすべて連携して、得られるエッジの形状を決定します。材料とエッジのニーズに応じて、レーザーの種類と切断モードを選択してください。そして、カーフ、間隔、そして熱挙動を考慮して部品を設計してください。.

Yonglihao Machineryでは、「レーザー切断とは何か」を、予測可能な結果の約束と捉えています。この約束は、プロセスと部品設計が一致している場合にのみ有効です。一致していなくても、切断された部品は得られます。しかし、期待通りのフィット感、仕上がり、平坦性が得られない可能性があります。.

よくある質問

板金レーザー切断に最適な材料は何ですか?

一般的な板金のほとんどは切断しやすいです。パラメータとガスを材料に合わせて調整するだけで十分です。鋼材は一般的に切断が簡単です。アルミニウムや銅のような反射率の高い金属は、安定した加工を実現するために適切な機械と設定が必要です。.

レーザー切断では必ず完璧な切断面が残りますか?

いいえ。エッジ品質は、ガスの選択、材料の厚さ、そしてプロセスのチューニングによって左右されます。セットアップと期待値が一致しない場合、酸化色、微細なドロス、あるいはテーパーが現れる場合があります。.

kerf とは何ですか? また、kerf がフィットに影響するのはなぜですか?

カーフとは、レーザーによって除去される材料の幅のことです。これにより、部品の最終寸法が変わります。カーフを考慮せずにスロット、タブ、またはタイトな圧入部を設計すると、アセンブリが緩すぎたり、きつすぎたりする可能性があります。.

レーザー切断中に薄い部品が反るのはなぜですか?

反りは通常、不均一な熱の投入と残留応力の解放によって発生します。密集したネスティング、長く連続したカット、そして小さなブリッジは熱を集中させ、板材を平面から引き剥がす可能性があります。.

窒素アシストと酸素アシストのどちらを選択すればよいですか?

酸化を最小限に抑え、よりきれいな刃先が必要な場合は窒素をお選びください。適切な鋼材で加工速度が重要で、酸化刃先が許容される場合は酸素をお選びください。塗装、溶接、美観など、後工程のニーズに応じて選択してください。.