レーザー彫刻とは？プロセス、種類、ガイド

Yonglihao Machineryでは、 ラピッドプロトタイピング会社, 私は製品開発を最初から最後までサポートしています。 レーザー切断サービス レーザー彫刻は、当社の主要な日常工程の一つです。多くの場合、レーザー彫刻はこれに続きます。部品の切断後、お客様は耐久性のあるロゴ、ID、またはトレーサビリティマークを必要としています。このガイドでは、レーザー彫刻とは何か、どのように機能するか、そして素材とマークに適したアプローチを選択する方法に焦点を当てます。.

レーザー彫刻とは何ですか?

レーザー彫刻は非接触加工です。材料を削り取り、深みのある永久的な刻印を残します。この物理的な深みこそが、レーザー彫刻の最大の特徴です。表面のみに刻印するよりも、取り扱いや摩耗、その他の工程において、刻印が耐久性に優れています。.

レーザー彫刻はレーザーマーキングとは異なります。主な違いは、マークの形成方法です。レーザーマーキングでは、表面の色の変化、酸化、または光による表面変化が利用されます。一方、レーザー彫刻では、制御されたアブレーションと材料除去が利用されます。その結果、より触感があり、耐久性に優れた仕上がりになります。.

製造業において、彫刻の主な目的はトレーサビリティです。シリアル番号、ロットコード、2次元コード、資産IDなどは、常に読み取り可能な状態を保つ必要があります。彫刻はロゴや銘板にも活用できます。消えたり、色褪せたり、汚れたりしないマークが必要な場合に活用できます。.

レーザー彫刻の仕組み

レーザー彫刻は、エネルギーを小さな点に集中させます。その点をパスに沿って移動させ、材料を削り取ります。このパスはCNCプログラムによって制御されます。加工パラメータによって、削り取る材料の量と表面の外観が制御されます。.

材料の除去にはいくつかの方法があります。溶融と噴出、蒸発、あるいは短パルスアブレーションなどです。材料によってその作用は異なります。きれいに蒸発するものもあれば、端で溶融して再固化するものもあります。ガラスのように、制御されたマイクロフラクチャリングによって曇ったような外観になるものもあります。.

深さとコントラストは、エネルギー密度と滞留時間によって決まります。エネルギー密度は主に焦点（スポットサイズ）によって影響を受けます。滞留時間は速度とパルスの重なりによって決まります。そのため、「同じ出力」でも焦点や速度が変わると、非常に異なるマークが描けることがあります。.

ほとんどの彫刻はラスターまたはベクターモーションを使用します。ラスター彫刻は、プリンターのように線ごとに領域を塗りつぶします。塗りつぶされたテキスト、写真、ソリッドロゴなどによく使用されます。ベクター彫刻は直線や曲線をトレースします。アートワークが主にアウトラインで構成されている場合は、ベクター彫刻の方が処理速度が速くなる傾向があります。.

レーザー彫刻の主な種類

このセクションでは、レーザーの種類を選ぶ方法をご紹介します。素材と必要なマーキングの種類に応じてお選びください。.

ファイバーレーザー彫刻

ファイバーレーザー（1064nm付近）は、金属への彫刻に実用的な選択肢です。金属はファイバーレーザーの波長をよく吸収するため、シリアル番号、データマトリックスコード、耐久性のある部品IDの刻印に最適です。ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、そして多くの合金に最適です。また、単発の部品から繰り返しの部品まで、幅広い用途に対応できます。固定具とフォーカスを制御すれば、加工は安定します。.

制限: 反射率の高い金属や熱に弱い仕上げには、より厳密な制御が必要です。銅や一部のアルミニウムの表面は扱いが難しい場合があります。反射率と熱伝導率によって、エネルギーが材料に伝わる仕組みが変わります。設定が強すぎると、熱による色合いやエッジのぼやけが見られる場合があります。また、微細なバリのような縁が現れることもあります。見た目が重要な場合は、まず読みやすさを重視して調整してください。その後、一度に強いパスではなく、複数のパスで慎重に深みを加えてください。.

CO2レーザー彫刻

CO2レーザー（約10.6μm）は非金属に最適です。多くの有機材料はこの波長をよく吸収します。木材、紙、皮革、アクリルなどに優れた視覚コントラストで彫刻できます。看板、ギフト、ネームプレートなどを非金属製品に彫刻する場合、CO2レーザーは高速できれいな仕上がりになることが多いです。.

制限: CO2は、特殊なコーティングが施されていない地金には最適な選択肢ではありません。木材の場合、コントラストは燃焼の制御によって生まれます。そのため、煙の管理が刻印の鮮明さに影響します。アクリルの場合、鮮明なつや消しの刻印が可能です。ただし、特に薄いパネルでは、粗さを避けるために熱制御が重要です。.

ダイオードレーザー彫刻

ダイオードレーザーはコンパクトなシステムです。軽度から中程度の光量で、様々な材料に彫刻できます。スペースと予算が限られている場合によく使用されます。また、生産量が多くない場合にも使用されます。コーティングされた金属、一部のプラスチック、木材にも加工できます。.

制限: 深い金属彫刻の場合、ダイオードレーザーは速度が遅くなる場合があります。大量生産の工業用マーキングでは、許容範囲が狭くなります。金属に耐久性のあるトレーサビリティマークが必要な場合は、通常、ファイバーレーザーの方が安全な選択肢です。主に非金属に強いコントラストで彫刻する場合は、速度の点からCO2レーザーが一般的に使用されます。.

彫刻できる素材は何ですか?

様々な素材に彫刻できます。レーザーの波長とエネルギーは、表面の熱吸収率と合致する必要があります。実際の作業では、素材を「彫刻しやすいもの」「注意して彫刻するもの」「避けるもの」の3つのグループに分けます。これにより、仕上がりの一貫性を保ち、作業スペースを安全に保てます。.

一般的に「彫刻しやすい」素材としては、木材、多くのプラスチック（PVC以外）、革、そして多くの鋼材が挙げられます。陽極酸化アルミニウムも彫刻に適しています。金属の場合、良好な結果を得るにはファイバーレーザーが必要となることがよくあります。ガラスにも彫刻できますが、その性質が異なります。「つや消し」のような外観は、きれいに除去されたのではなく、微細なひび割れによって生じている可能性があります。欠けを防ぐには、応力とパターンを適切に管理する必要があります。.

加熱すると有害な副産物を生成する素材は避けましょう。PVCはその典型的な例です。塩素を含むガスを放出する可能性があり、人体や機器に有害です。ハロゲンを含む素材、特定の樹脂、または一部の複合材料も有害なガスを発生する可能性があります。ご不明な場合は、彫刻前に素材の正確なグレードをご確認ください。.

彫刻のアプローチの選択方法

セットアップを選ぶ最も早い方法は、まず素材を選び、次にマークの要件、そして生産速度です。素材が金属で、マークの耐久性が必要な場合は、ファイバーが最初の選択肢です。素材が有機素材またはアクリルで、強いコントラストが必要な場合は、CO2が最もシンプルな方法です。.

次に、マークの要件を定義します。コントラスト、深さ、サイズ、位置について検討してください。化粧面にロゴを刻印する場合は、優れたエッジ品質と熱制御が必要です。トレーサビリティのためのシリアル番号は、取り扱いや洗浄後でも判読可能でなければなりません。.

次に、サイクルタイムのニーズを確認します。少量生産の場合は、低速でクリーンな設定で対応できます。生産量が多い場合は、バッチの変更や表面状態の変化にも対応できる安定したプロセスが必要です。.

パラメータを調整する前にこれを使用します:

• 材質と正確なグレードを確認済み（推測不可）。.
• 定義された目標をマークします: コントラストのみまたは深度。.
• 識別されたグラフィック タイプ: ラスター塗りつぶしまたはベクター線。.
• 固定プランが設定されました: パーツを移動できません。.
• 安全性検証済み: 換気と目の保護。.

2Dコードの読み取りの基礎

産業トレーサビリティを実現するには、2Dコードはすべての工程を経ても読み取り可能である必要があります。つまり、見た目だけでなく、スキャンも考慮して設計する必要があるということです。.

クワイエットゾーンは必須です。コードの周囲に十分な余白を残してください。これにより、スキャナーがエッジを検出しやすくなります。コードの周りに境界線やテクスチャを配置すると、デコードが不安定になります。クワイエットゾーンは保護された領域として扱ってください。.

モジュールのサイズは、レーザースポットと表面仕上げに適合する必要があります。モジュールがビームのスポットサイズに近すぎると、角が丸くなります。セルが結合し、コードがスキャナーで「グレーノイズ」のように表示される可能性があります。スペースが限られている場合は、無理に小さなモジュールを使用するよりも、コードを少し大きくする方が効果的です。.

後処理工程によってコントラストが失われたり、形状が変化したりする可能性があります。そのための計画を立てましょう。ブラスト処理は微細な形状を柔らかくします。コーティングは浅い気泡を埋めます。陽極酸化処理は反射率を変えます。部品にブラスト処理や塗装を施す場合は、残存する形状に重点を置きましょう。.

実践的な検証ルール: オペレーターが使用するのと同じ照明と角度でテストスキャンを実施してください。可能であれば、未処理の部品だけでなく、実際の後処理後にもテストを実施してください。少量のパイロットランを実施する方が、通常、バッチ全体を再マーキングするよりも早く結果が得られます。.

よくある問題とベストプラクティス

彫刻の失敗の多くは、フォーカスエラー、不安定な固定具、または過熱が原因です。素材によって症状は異なりますが、根本的な原因は同じです。まずは基本的な問題を解決しましょう。.

深度調整を行う前に、治具とフォーカスをロックするのがベストプラクティスです。安定したセットアップは、常にアグレッシブな設定よりも優れています。結果がパーツ全体で均一でない場合は、まず平坦度、Z高さ、フォーカスを確認してください。.

パラメータウィンドウの考え方

安定した結果は、一つの「最適な設定」ではなく、パラメータウィンドウから得られます。マークは、領域あたりに照射されるエネルギーによって形成されます。これは、スポットサイズ（焦点）と滞留時間（速度＋オーバーラップ）によって決まります。.

パワーとスピードはセットです。パワーはエネルギー入力を増加させ、スピードはエネルギーが表面に留まる時間を制御します。スピードを上げずにパワーを上げると、熱が蓄積され、エッジが柔らかくなり、焦げ付きやすくなります。エネルギーを増やさずにスピードを上げると、コントラストが低下します。.

周波数はパルスの重なり方と表面の熱さの感じ方を変えます。重なりが多すぎると、パリッとした除去が再加熱に変わってしまい、エッジの鮮明度が損なわれます。重なりが少なすぎると、点線や凹凸が生じることがあります。.

フォーカスは隠れた係数です。スポットサイズとエネルギー密度を即座に変化させます。わずかなフォーカスエラーでもスポットが広がり、ピーク強度が低下する可能性があります。そのため、「同じ設定」でも異なるプロセスのように動作してしまうことがあります。結果にムラがある場合は、出力を調整する前にフォーカスと平坦性を確認してください。.

結論

レーザー彫刻は、材料を削り取る制御されたプロセスです。本物の深さを持つ、永続的で耐久性のある刻印を作成します。選択方法はシンプルです。レーザーを材料に、モーションストラテジーをアートに合わせます。そして、フォーカス制御と安全な抽出によって結果を安定化させます。Yonglihao Machineryをレーザーカッティングに使用すれば、彫刻は自然な流れで次のステップになります。彫刻により、単品でも繰り返しの製作でも、追加の工具を必要とせずにトレーサビリティとIDを付加できます。.

さらに読む: レーザー切断とレーザー彫刻

よくある質問

「レーザー彫刻」と「レーザーマーキング」は同じですか?

いいえ。彫刻は素材を削り取り、深みを与えます。マーキングは表面のみを変える場合があります。この違いは耐久性に影響し、摩耗に対するマークの耐久性に影響します。.

金属部品の彫刻に最適なレーザーは何ですか?

ほとんどの場合、金属の加工にはファイバーレーザーが最適です。効率性と再現性が高く、トレーサビリティマークの加工にもよく使用されます。.

どんなプラスチックにもレーザー彫刻できますか?

いいえ。一部のプラスチックは避けるべきです。有害なガスを放出する可能性があります。よく知られている例としてはPVCがあります。.

高出力でも彫刻の深さが足りないのはなぜですか?

問題は多くの場合、パワーだけでなく、フォーカス、スピード、あるいはオーバーラップにあります。スポットが正しい焦点にない場合、エネルギーは拡散し、深度が低下します。.

レーザー彫刻は部品の許容誤差に影響しますか?

可能です。彫刻は材料を削り取り、局所的に熱を加える可能性があります。刻印が重要な表面に施される場合は、深さを調整してください。シーリングや嵌合部から離してください。.