工業生産では、通常、製品の製造に減算型製造プロセスが用いられます。重要な製造工程である板金レーザー切断は、こうしたプロセスの代表的な例です。このプロセスでは、レーザー光線を材料の表面に集束させます。そして、材料を燃焼、気化、または溶融させることで、目的の結果を生み出します。
レーザー切断は精密な技術であるため、複雑な部品の製造の難しさを簡素化します。Yonglihao Machineryは高品質の製品をご提供します。 金属レーザー切断サービス板金レーザー切断について学ぶために読み続けてください。
目次
板金レーザー切断とは何ですか?
板金加工は、最も一般的な工業製造プロセスの一つです。そのため、板金レーザー切断は最も人気のある方法の一つとなっています。レーザー切断では、高出力の光線（レーザー）を用いて、平らで薄い金属板を切断します。このプロセスは、光学系とコンピュータ数値制御（CNC）技術によって制御されます。これが、レーザー切断された部品が高精度である理由です。
板金レーザー切断の歴史
レーザー切断技術は60年以上の歴史があります。金属板の切断が初めて試みられたのは1960年代に遡ります。1964年には、CO2レーザーが時計のゼンマイの溶接などの精密な加工に使用されていました。レーザー切断は、他の切断方法に比べて自動化と高精度という利点があり、繊細な製造工程や大量生産に広く利用されています。
ファイバーレーザーは1960年代に初めて製造されました。しかし、商業的に利用可能になったのは1980年代後半になってからでした。1990年代はレーザー技術の黄金時代として知られています。固体レーザーなどの様々な高出力レーザーが導入され、効率と生産性が大幅に向上したためです。2000年代初頭までに、レーザー切断サービスは自動車や航空宇宙を含む様々な業界で広く受け入れられる製造技術となりました。
板金切断用レーザーの種類
工業製造において材料を切断するために使用されるレーザーには3種類あります。それぞれのレーザーカッターには、他の機種とは異なる独自の特徴があります。そこで、3種類のレーザーカッターの包括的な概要をご紹介します。
ファイバーレーザー
ファイバーレーザー切断装置は、最も強力な精密切断装置の一つです。シードレーザーを用いてビームを特定のガラスファイバーに通して増幅する固体レーザーです。金属、合金、そしてガラス、プラスチック、木材などの非金属の切断に効果的です。単純な切断作業に加え、金属彫刻や焼きなましにも適しています。
ファイバーレーザーは、高出力のため、他のレーザーよりも切断幅が大きくなります。耐用年数は25,000時間以上と長く、メンテナンスの必要性も少なくなります。また、最も耐久性と堅牢性に優れたビームを生成します。ただし、厚さ20mm未満の材料の切断に最適です。
CO₂レーザー
CO2レーザーは、混合ガスが入った管に電気を流すことで光線を生成します。混合ガスは主に二酸化炭素と希ガスで構成されています。特にヘリウムと窒素は、レーザーで最も一般的に使用されるガスです。
ただし、ファイバーレーザーほど出力は高くありません。CO₂レーザー装置は、木材、アクリル、プラスチックなどの非金属材料しか切断できません。場合によっては、金属板のレーザー切断にも使用できます。例としては、薄いアルミニウム板やその他の非鉄金属が挙げられます。
クリスタルレーザー
結晶レーザーカッターには、Nd:YAG（ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット）結晶とMe:YVO（ネオジムドープイットリウムオルトバナデート、YVO4）結晶の2種類があります。どちらも非常に強力な切断機ですが、高価で、ファイバーレーザーの半分の寿命しかありません（8,000～15,000時間）。コーティングの有無にかかわらず、金属、非金属、ポリマーを切断できます。さらに、結晶レーザーは特定の条件下ではセラミックも切断できます。
3つの板金レーザー切断プロセス
レーザー切断は、レーザービームを用いて金属板の一部を熱切断する加工方法です。金属板の切断には主に3つの方法があります。
レーザービーム融合切断
フュージョンカットでは、不活性切断ガス（通常は窒素またはアルゴン）を用いて溶融材料を切断トーチから噴射します。不活性ガスの使用により、切断工程に影響を与えることなく切断刃の酸化を防止します。この手法は、平板や薄板、そして後処理を最小限に抑えながら高い外観基準を満たす必要がある材料に適しています。
レーザービーム火炎切断
レーザービームによる切断では、溶融材料を酸素ガスを用いて排出します。これにより発熱反応が発生し、加工全体のエネルギー投入量が増加します。この方法は、軟鋼などの板金材料、そしてセラミックなどの溶融材料の切断に適しています。
レーザービーム昇華切断
このタイプのレーザー切断では、レーザーを用いて材料の溶融率が低い部分を蒸発させます。溶融切断と同様に、切断ガスとして窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを使用することで、切断面に酸化剤が付着するのを防ぎます。速度は遅いものの、精密な切断を可能にする高品質な切断面を生成します。
板金レーザー切断の利点
この制作アプローチの 5 つの重要な利点は次のとおりです。
高精度カット
レーザー切断技術では、光線を用いて金属を極めて精密に切断します。レーザーは、従来の多くの切断工程よりも高い精度で材料を溶融・蒸発させます。一部のダイカッティング装置では、許容誤差は1～3mmですが、レーザーカッターでは0.003mmという極めて低い精度で切断できます。
高いシート利用率
レーザーカッターは、製造材料のかなりの割合を有効に活用します。このプロセスでは、廃棄物はほとんど、あるいは全く発生しません。なぜなら、この機械は金属板上で使用可能な部品の量を最大化するからです。そのため、余分な材料を心配する必要はありません。適切な量を購入すれば、十分な量を確保できます。
極めて多様な切断能力
レーザー切断プロセスは非常に柔軟性が高く、汎用性も高いです。1台のレーザーカッターで、シンプルな切断から、細部までこだわった複雑な切断、マーキング、穴あけ、彫刻など、様々な切断作業に対応できます。そのため、製造工程中に定期的に工具を交換する必要がありません。
低消費電力
他の切断装置とは異なり、レーザーカッターは装置の個別のセクションを動かす必要がありません。そのため、過剰なエネルギーを消費することなく、材料の塊を効率的に切り出すことができます。レーザーカッターは10kWの電力で動作できますが、他のほとんどの作業ではその5倍の電力が必要になります。
ほとんどまたは全く損傷なし
レーザー切断中に材料を熱にさらすと、反りや歪み、あるいは完全に損傷してしまうのではないかとお考えかもしれません。しかし、これは誤りです。レーザー切断において熱の影響を受ける部分はごくわずかであり、加工後の形状や部品の公差にほとんど悪影響を与えることはありません。
板金レーザー切断の欠点
多くの利点があるにもかかわらず、レーザーによる板金切断にはいくつかの欠点もあります。それらについて説明しましょう。
専門オペレーターの必要性
レーザーカッターを最大限に活用するには、部品作成のために機械を操作する専門家を雇う必要があるかもしれません。例えば、専門家は、生産プロセスや機械の信頼性を損なう可能性のあるミスや不適切な設定をすぐに発見します。
金属の厚さの制限
レーザー切断は金属板を含む幅広い材料に適していますが、厚い金属の場合は他の切断方法を使用することをお勧めします。一般的なレーザーカッターは、最大厚さ15mmのアルミニウム板と厚さ6mmの鋼板の切断に最適です。
有害ガス
レーザーカッターはプラスチックを切断する際に、大量の有害な煙を排出します。これは、レーザーカッターがプラスチックを溶かして蒸発させるためです。そのため、レーザー切断は換気の良い場所、または安全な作業環境で行うことが不可欠です。
初期投資額が高い
最高品質のレーザーカッターは高価です。基本的なレーザーカッターでも$3000程度で、ウォータージェットカッターやプラズマカッターの2倍の価格です。そのため、レーザー切断サービスを事業として展開するには、多額の初期投資が必要になります。
レーザー切断部品の設計ヒント
レーザーカットサービスを効果的かつ効率的にご利用いただくために、レーザーカット製品を設計する際には、以下のヒントに従ってください。
切断する金属は厚すぎないようにしてください。
レーザー切断作業において、厚さは考慮すべき重要な要素です。厚さはレーザーの出力に直接関係します。そのため、厚さが厚くなると、レーザーの貫通力と切断能力は低下します。しかし、レーザーの出力を高めることで、そのような材料を切断できる可能性が高まる可能性があります。
カーフを忘れないで
レーザーの設計には、カーフと呼ばれるものを考慮する必要があります。カーフとは、レーザービームがレーザー切断材料に当たると蒸発する物質のことです。これはレーザー切断に限ったことではなく、他の切削加工法でも見られます。レーザー切断におけるカーフは、レーザービームの厚みによって発生します。そのため、設計段階全体を通してこの点を考慮することが不可欠です。
適切な素材を選ぶ
レーザー切断作業を行う前に最も重要な検討事項は、適切な材料を選択することです。材料の選択は、完成品に求められる特性によって決まります。材料の特性（硬さ、透光性、弾力性など）は材料によって異なります。Yonglihao Machineryは、板金、プラスチック、紙など、幅広い材料のレーザー切断オプションを提供しています。
間隔は重要
誤差を排除し、可能な限り最高の結果を得るためには、レーザー切断には正確な間隔が必要です。最小間隔は材料の厚さと等しくなければなりません。例えば、板金レーザー切断において、板金の厚さが2mmの場合、2つの経路間の距離は2mmにする必要があります。これは、様々なレーザー切断板金デザインを扱う場合、特に重要です。
テキストをアンカーポイントと曲線に変換する
すべてのレーザー加工にテキストカットが含まれるわけではありません。テキストをカットする必要がある場合は、文字間隔を広くし、大きなフォントを使用してください。これにより、作業がスムーズになり、最高の仕上がりが得られます。文字が近いと重なり合う可能性があり、判読不能な刻印になってしまいます。
レーザー切断機に投資するべきか、それともサービスを選択するべきか?
レーザー切断サービスは、幅広い産業プロセスに不可欠です。小型機器の製造から、航空宇宙産業や自動車産業といった大規模組織まで、あらゆる産業において不可欠です。この技術は、非常に効果的で効率的なプロセスであり、様々な材料に使用できます。
しかし、小規模製造企業にとって賢明な選択は、機械への投資ではなく、サービスを選択することです。これは、顧客に高品質の製品を提供しながらコストを削減できる素晴らしい方法だからです。さらに資金に余裕がある場合は、レーザー切断機への投資が非常に有益かもしれません。なぜなら、この機器にはいくつかの利点があるからです。
いずれにせよ、選択は完全にプロデューサー次第です。サービスを依頼する場合は、Yonglihao Machineryにご連絡ください。Yonglihao Machineryは高品質のレーザー切断サービスを提供いたします。
Yonglihao Machineryを選ぶ理由
高品質なレーザー切断サービスを提供できる会社をお探しですか？Yonglihao Machineryは、お客様の製造ニーズに最適なソリューションです。
当社は、迅速な試作やカスタム生産のための板金加工サービスを提供する、実績のある企業です。高品質な板金レーザー切断サービスを保証します。さらに、お客様のご要望に応じて、費用対効果の高いオンデマンドソリューションもご提供いたします。
少量の試作品から大量生産まで、幅広いニーズにお応えします。Yonglihao Machineryなら、板金加工における問題が一切発生しない製品をご提供します。特に、複雑なディテールを持つユニークな製品でも、高い信頼性を保証いたします。さらに、当社は最高レベルの品質基準を誇ります。 CNC サービス、3Dプリント、そして ダイカストサービス.
レーザー切断の代替品
レーザーカットを使いたくなく、板金から形状を切り出す方法がわからない場合は、生産ニーズに応えるハイエンドの代替手段をいくつかご紹介します。
EDM
ワイヤー放電加工 レーザー切断と似た仕組みです。これは、レーザー切断と同様に熱を用いて材料を除去するためです。放電加工（EDM）は、電気放電（スパーク）を利用して材料から目的の形状を切断します。レーザー切断と比較すると、EDMは熱影響部が小さく、より滑らかな表面仕上げを実現します。また、硬い材料の切断にも使用できます。
CNCフライス加工
CNCフライス加工 高速回転カッターを用いて材料を成形します。フライス加工は、金属、合金、非金属の加工に適しています。レーザー切断と同様に、高精度な切削加工技術です。この2つの方法の主な違いは、フライス加工では回転するカッターなどの切削工具を用いてデザインを彫刻または成形するのに対し、レーザー切断では光線を用いてデザインを溶かしたり焼き切ったりすることです。
プラズマ切断
プラズマ切断は、高温のイオンガス流を用いて金属板を切断するプロセスです。電気火花が空気、水素、アルゴンなどの圧縮ガスに高熱を発生させ、原子を運動させます。その後、分子は互いに衝突し続け、ガスから分離します。 レーザーカッターと比較すると、 プラズマカッターははるかに厚い金属を切断できます。
結論
レーザー切断は、ラピッドプロトタイピングにおいて材料を切断する技術です。このページでは、その仕組み、歴史、様々な種類、そして皆様がご存知のその他の情報について解説しました。レーザー切断について少しでもご理解いただけたでしょうか。Yonglihao Machineryは、最高のレーザー切断サービスを提供いたしますので、ぜひご依頼ください。