レーザーカッターの種類：技術と用途

レーザー切断機

レーザーカッター レーザー切断は、設定を最適化することで、シャープで均一なきれいな切断線や切断面を得るために使用されます。汎用性が高く、鋼鉄、アルミニウム、銅など、幅広い材料を滑らかな切断で切断できます。薄肉・細長の橋梁部分は、熱入力によりエッジの焼け、変形、反りが発生しやすい傾向があります。そのため、レーザー切断は多くのプロジェクトのニーズに適しています。

At プロリアンテック私たちは、あらゆる段階でお客様にとって分かりやすいように配慮しています。切断作業を開始する前に、明確で包括的なガイダンスをご提供いたします。当社のチェック体制により、軽微な設計上の問題を未然に防ぐことができます。お客様の仕様に完全に合致した部品をお届けします。

この記事では、 レーザーカッターの種類 そして、それらの基本原理についても解説します。レーザーカッターの種類とその原理についても詳しく見ていきますので、必要な情報をすべて学ぶために、ぜひ読み進めてください。

 

何ですか 精密レーザー切断基本と原則

レーザー切断彫刻機

その レーザー切断 　 レーザーは、高度に集束された光線を用いて材料を切断します。工学分野において、切断に影響を与える要因には、焦点における出力密度、ビーム品質（M²）、焦点位置／被写界深度、安定性、ガス／ノズルなどがあります。レーザーのエネルギーによって材料は溶融または蒸発し、その結果、狭い切断経路が形成されます。レーザー加工には、熱影響部（HAZ）、熱による反り、テーパー、溶融スラグの堆積、再凝固層などのリスクを伴う熱処理プロセスが含まれます。

レーザー切断にはいくつかの方法があります。例えば、除去法では、レーザーが材料を溶融または蒸発させることで層状に除去します。一部のプロセスでは、除去後に表面に残留物が残らないように、化学的アブレーションが用いられる場合があります。また、他のレーザー切断プロセスでは、熱入力によって生じる熱応力により、脆い材料に亀裂が生じる可能性があります。

運用中、 コンピュータ数値制御（CNC） このシステムは、加工工程中に機械が移動する際にレーザー光学系をガイドします。これにより、高精細なエッジを持つ微細な穴を加工できるレベルの精度が実現します。従来の板金CNCレーザー切断（CO₂/ファイバー）の穴径加工能力は通常 mmまで0.3 1.0 （焦点位置、厚み、ノズル／ガス、熱蓄積の影響を受ける）. さらに、レーザーは除去対象の材料に直接接触しないため、除去プロセスにおいて材料にほとんどストレスがかからない。

さらに、レーザーは、特定のプロセス要件に応じて、さまざまな穴あけ技術に利用することができる。 

• A 単発撮影技術eは単一のレーザーパルスで穴を生成する。 
• その 打楽器奏法 レーザーパルスを高速で連続照射することで、穴の深さを増していく。 
• トレパニング レーザーを円運動させることで円筒形の穴を開ける。 
• 最後に、ヘリカルドリル加工は、レーザーを螺旋状に動かすことで、直径が安定した穴を加工する技術です。

レーザー切断は、壊れやすい材料や繊細な材料を扱う際に有効です。レーザーと材料が直接接触しないため、加工中に材料が損傷するのを防ぎます。セラミック部品、ダイヤモンド工具、その他の脆性材料は、レーザー切断によって加工されることが多く、これは安全かつ効果的な方法です。

 

レーザー切断システムで一般的に用いられる切断方法

レーザー切断は単一のプロセスではなく、様々な材料に対して複数のレーザー切断方法を適用できます。それぞれの方法には、加工する材料に応じて固有の特性があります。プロジェクトに最適な方法を選択するためには、最も一般的に使用されているレーザー切断技術を理解することが不可欠です。

昇華（気化）

蒸発（昇華）では、物質は固体から気体へと変化します。これは急速な加熱プロセスであり、物質は蒸発する前に溶融する時間がありません。その結果、完璧で精密なエッジが得られ、大掛かりな後処理が不要になります。

気化は特に次のような場合に便利です アクリルを切断 （各種プラスチック）、紙、木材、薄膜。 このプロセスは、小さな切り込みまたは穴から始まります。レーザーが切断を続けると、発生した蒸気が切削屑を外側に押し出します。これにより、切り込みが深くなり続け、バリのないきれいな切断面が得られ、追加の清掃は最小限で済みます。

溶融（溶融切断）

溶融切断（フュージョン切断とも呼ばれる）は、レーザーで材料を溶融させるレーザー切断プロセスです。溶融した材料は、ガス流によって吹き飛ばされます。炭素鋼には酸素が一般的に使用され、ステンレス鋼やアルミニウムには窒素または圧縮空気が主に使用されます。アルゴンは、特定の材料や状況（反応性材料や極めて低い酸化度を必要とする材料など）でより頻繁に使用されます。これらのガスは、材料の酸化とそれに伴うスラグの発生を最小限に抑えることができるため、一般的に選択されます。

溶融切断は、次のような金属に特に効果的です。 チタンのレーザー切断鉄鋼、アルミニウム。 大量生産や反復作業に最適です。このプロセスにより、歪みがほとんどない滑らかでまっすぐなエッジが得られます。

反応切断（酸素補助）

化学反応切断（酸素アシスト切断とも呼ばれる）は、酸素を添加剤として利用し、レーザー切断プロセスを強化する手法である。酸素は溶融金属と化学反応を起こし、切断プロセス中に発生する熱量を増加させる。

チタンの切断には、一般的に窒素やアルゴンなどの不活性ガス／非酸化性ガスが使用されます。切断面に多少のスラグが残る場合がありますが、このプロセスは一般的に大量の材料に対して非常に効率的で費用対効果が高いです。

熱応力破壊

熱応力破壊はレーザースクライビングの別の呼び方です。このレーザー切断プロセスでは、 熱エネルギー 材料に亀裂を生じさせる。レーザーは材料に浅い溝を作り、材料の自然な力によってその溝に沿って割れる。

熱応力破壊は、次のような脆性材料の切断に役立ちます。 ガラス、セラミックス、複合材料。CO2レーザー これらは、熱応力破壊に最も一般的に使用されるレーザーです。

ステルスダイシング

ステルスダイシングは、主に切断に使用される特殊なレーザー切断方法です。 ウェハーおよびその他の電子部品レーザーは材料内部に溝を形成します。このプロセスの性質上、切削屑は発生せず、端部の溶融も起こりません。 ステルスダイシングは、特に削減に効果的です。 切削加工と収率向上。 また、シリコンウェハーや類似の材料に高解像度のラインを作成する際にも有効です。

クイックテイク

説明した各レーザー切断方法には、それぞれ長所と短所があります。適切なレーザー切断方法の選択は、切断する材料によって大きく左右されます。切断面をきれいかつ正確に仕上げるためには、適切なレーザー切断方法を選択することが不可欠です。 Boda Techのような経験豊富なレーザーサービスプロバイダーに相談することで、適切な技術を選択し、不必要な合併症や遅延を回避することができます。

 

レーザー切断金属板技術と仕様

機能	詳細と実用的な注意事項
レーザービーム径	0.1mm～0.3mm、精密な切断に十分な小ささ
レーザー出力	材質によって1～3kW。反射性の高い金属にはより高い電力が必要。
鉄鋼用電力	1～2kWの出力で、過熱することなく高速かつきれいに切断できます。
銅/アルミニウム用電力	これらの金属は熱を効率的に反射・伝導するため、最大6kWまで対応可能です。
レーザー共振器	レーザー光源：種類によって異なり、CO₂レーザーはガス共振器を使用し、ファイバーレーザーはドープされたファイバー増幅器を使用し、直接ダイオードレーザーは半導体ダイオードを使用し、結晶レーザーはドープされた固体利得媒体を使用する。
切削ヘッド	ビームを材料に集束させ、内部ミラーと圧縮ガス（N2またはO2）を使用して溶融した材料を除去します。
品質の重要な要素	ノズルから材料までの適切な距離、正しいビーム強度と速度、そして正確な切断ヘッドの動き
マーキングと彫刻	マーキング：表面レベルのデザイン、浅い効果。彫刻：より深く彫り込み、際立った永続的なデザイン。

 

レーザーカッターの4つの異なるタイプ、その方法、および用途

レーザーカッターは、以下のようなさまざまな用途で使用されています。 レーザー切断、彫刻、穴あけさまざまな業界にわたって。用途に応じて、 レーザーカッターの種類 各種レーザー切断システムが利用可能です。各タイプにはそれぞれ独自の特性と用途があります。

ファイバーレーザー

ファイバーレーザー切断機

ファイバーレーザーは、金属の切断や彫刻に使用される最も一般的なレーザーカッターの1つです。ビームを増幅するためにドープされた光ファイバーを使用します。ビーム増幅は、小型ダイオードレーザーからのエネルギーに基づいています。ダイオードレーザーは、ファイバーを最初に励起するために使用されます。希土類元素、例えば、 イッテルビウムとエルビウムビームをさらに増幅するために、ファイバーに追加されます。 

増幅されたレーザーは、約 1.06ミクロン。 この波長は、光の波長を反射する金属であっても、容易に吸収される。 この波長の吸収により、 ファイバーレーザー切断機 最小限のエネルギー損失で高速かつ精密な切断を実現します。ファイバーレーザーは、以下のようなさまざまな金属の切断に最適です。 ステンレス鋼、アルミニウム、銅、および合金。 大容量ファイバーレーザーは、厚い金属でも優れた効率で切断できる。 

さらに、ファイバーレーザーはシンプルな設計と頑丈な素材を使用しているため、メンテナンスの手間が少ないという利点もあります。

用途： 自動車部品、航空宇宙部品、電子機器、精密金属加工品。

CO2レーザー

CO2レーザー切断機

CO2レーザーは最初に開発されたレーザー技術の一つであり、その古さにもかかわらず、今日でも広く使用されています。非金属材料の切断に使用され、 レーザーカットのピーク木材、アクリル、革。

これらのレーザーは、 二酸化炭素、窒素、ヘリウム。 ガス混合物に放電を加えると、CO2分子が励起され、CO2分子の振動モードに対応する周波数で振動し始めます。このとき、分子は余剰エネルギーを光として放出し、レーザービームを生成します。レーザーは波長の 10.6μm、 有機材料の切断に最適です。

CO₂レーザーは一般的にファイバーレーザーに比べて金属との結合効率が低いため、金属のエッジ品質に関しては精度が劣る傾向があります。しかし、メンテナンスは比較的容易で、ミラーを時々清掃するだけで済みます。そのため、汎用性が高く、価格も手頃なため、様々な用途に適しています。

用途： 木工、プラスチック加工、皮革加工、紙加工、および一部の非金属切断。

Nd:YAGレーザーおよびNd:YVOレーザー

Nd:YAGレーザーとNd:YVOレーザーは、利得媒体としてネオジム添加結晶を使用する。 Nd:YAG結晶 イットリウムアルミニウムガーネットでできており、 ND: YVO 結晶はバナジン酸イットリウムでできています。両方の結晶は 近く-赤外線 地域波長は約 1.064ミクロン。

Nd:YAGレーザーとNd:YVOレーザーは、精密な金属切断と非金属切断の両方を行うように設計されています。これらは薄い金属の切断に役立ち、次のような非金属の切断にも適しています。 セラミックスとプラスチック。

どちらのタイプのレーザーも耐久性に優れており、数千時間連続運転が可能であるため、メンテナンスはほとんど必要ありません。

用途： 金属彫刻、薄板金属切断、高精度工業部品。

ダイレクトダイオードレーザー

直接ダイオードレーザーカッター

直接ダイオードレーザーの使用 半導体 光を生成する。ガリウムヒ素は最も一般的に使用されている半導体である。光は、 エレクトロルミネッセンス そして、ビーム状に集束される。

直接ダイオードレーザーはエネルギー効率が高く、シンプルな構造です。薄い金属、プラスチック、複合材料の切断に最適です。コンパクトなため、移動式や現場での使用はもちろん、小規模な作業場でも使用できます。

主な欠点は、ファイバーレーザーやNd:YAG/Nd:YVOレーザーに比べて、厚い金属の切断速度が遅いことである。しかし、特に薄い材料の溶接、加熱、切断において、高い効率性、シンプルな構造、そして信頼性の高い性能が高く評価されている。

用途： 自動車、電子機器、薄板金属、溶接用のパネル。

関連： プラズマ切断とレーザー切断

標準的なレーザー切断機の構成

コンピュータ数値制御（CNC）が登場する以前は、レーザー切断を行うには、まずワークピースを手動で位置決めし、その後レーザーの位置を調整して切断を完了させる必要があった。  しかし、最新のレーザー切断機は、CNC制御システムを用いて切断工程中にレーザーを自動的に位置決めします。これにより、手動での位置決めが不要になり、エラーの可能性が大幅に低減されます。 

ガントリー式レーザー切断機

ガントリーレーザー切断機は、 水平なベッドと、その上に配置されたガントリー。 多くのガントリー型レーザー切断機は、強度対重量比を最大化するためにアルミニウム製です。CNC制御システムがガントリーの動きを制御し、レーザーがベッド上を複数回通過することで様々な切断形状を実現します。これらの機械は、大量生産される産業用途における平板材料の切断に最適です。従来のモデルと比較して、ガントリー型レーザー切断機は一般的に小型化され、エネルギー効率も向上しています。

移動物の構成

移動材料構成では、加工対象物が移動し、レーザーは静止したままです。レーザー自体は移動しないため、光学系は比較的シンプルです。この構成はガントリー構成よりも生産性は劣りますが、小規模な工場や、少量・低速の切断作業によく用いられます。

飛行光学システム

フライングオプティクスシステムは、移動材料構成とは正反対です。この構成では、加工対象物は静止した状態で保持され、レーザーと光学系が連動して動きます。レーザーの移動に伴ってビーム精度を維持するために、ミラーと適応光学系が使用されます。フライングオプティクスシステムは、一般的に移動材料構成よりも高速です。大量生産用途に特に適しており、次のような産業で頻繁に使用されています。 自動車および電子機器。

ハイブリッドシステム

このハイブリッドシステムは、ガントリーシステムとフライングオプティクスシステムを組み合わせたものです。この構成では、レーザーと光学系はそれぞれ異なる軸に沿って移動し、ビーム経路は一定です。このシステムは、ガントリーシステムとフライングオプティクスシステムの両方の利点を備え、幅広い材料厚さに対応できる高い適応性を有しています。

CNCレーザー切断

CNCレーザーカッターは、高出力レーザーを使用して材料を切断、成形、彫刻します。これらは非接触装置であり、熱を利用して材料を溶融または蒸発させます。レンズと装置のノズルがビームを材料に集束させ、ノズル内で使用される圧縮ガスが蒸発した材料を切断領域から運び去ります。CNCシステムは、 GコードとMコード レーザーの動きを正確に制御するため、これらの機械は小さな穴から精緻なデザイン、高精度な切断まで、幅広い種類の切断加工が可能です。

CNCレーザーの種類：

• CO2レーザー：ガスをベースとしたレーザーで、非金属加工に最適です。
• ファイバーレーザー：ダイオードを用いて、高速かつクリーンな金属切断を実現する。
• 結晶レーザー：Nd:YAGおよびNd:YVOは、精密な金属および非金属加工に使用されます。

5軸レーザー切断

5軸加工機は、ワークピースを傾けたり回転させたりすることで、精密な加工を実現します。ワークピースを何度も再配置することなく、曲面や複雑な角度の切削が可能です。さらに、3次元加工機で発生する時間とエラーの可能性を低減します。特に、航空宇宙産業や自動車産業における複雑な部品の切削に有効です。

回転レーザー切断

ロータリーレーザー切断 システムは切断に適しています パイプ、チューブ、ボトル、またはD字型の物体の360°回転。 これらのシステムは、作成するのに特に役立ちます 曲面に施されたロゴ、模様、複雑なデザイン。 回転式レーザー切断システムは、従来の切断システムよりも精度が高く、効率的です。

小型レーザー切断

小型レーザーカッターは、レーザーの切断幅に近い形状を切断できるように設計されています。大型レーザーシステムでは容易に切断できない繊細なパターンや部品の切断に最適です。これらのカッターは高い精度を維持し、きれいで精密な切断面を実現します。レーザーの貫通能力には限界があるため、小型レーザー切断システムで切断できるのは薄い材料に限られます。

大判レーザー切断

大型裁断機は、最大で非常に大きな（特大）シートサイズを加工します。 幅3.2メートル×長さ8メートル。 フラットベッド式切断システムでは、加工対象物を幅広の水平切断テーブルに直接置きます。非金属製品の加工には、一般的にCO2レーザーが使用されます。金属製品の加工には、ファイバーレーザーが最適です。大型切断機は製品の連続供給を可能にし、効率的な生産を実現します。

ガルバノメーターレーザー切断

ガルバノレーザーは、ミラーを用いてビームを高速に走査します。ガルバノメーターがミラーの位置を検知・制御することで、高精度な加工を実現します。ガルバノレーザー切断システムは、目立つ領域へのマーキングや彫刻を高速で行うことができます。従来のXY方式レーザーよりも高速で、ブランディング、テキスト、グラフィックなどの用途に最適です。

レーザーカッターの正しい選び方

最適なレーザー切断機の選定は、切断する製品の種類、製品のサイズ、そして必要な納期によって異なります。不適切なレーザー切断機を選択すると、生産性の低下、運用コストの増加、そして長期的な機器の故障につながります。

材料の互換性

レーザーカッターの種類によって、効果的な製品の種類が異なります。たとえば、ファイバーレーザーは、次のような金属に特に適しています。 鉄、アルミニウム、銅。 CO2レーザーは 木材、プラスチック、アクリル、そして一部の布地。 製品に合った適切なレーザーの種類を選択することで、よりきれいな切断が可能になり、エネルギー消費量も削減できます。

ワークエリア

普段切断する製品の平均サイズを考慮してください。小型レーザーは、小さくて繊細な部品の切断に適しています。大型レーザーは、より大きな部品に対応できるよう、作業領域が広くなっています。 

生産速度の向上と効率化を図るため、一部の工場では、大型シートの切断用と小型部品の切断用の2台のレーザー切断機を別々に使用している。

レーザー出力

出力電力は、切断できる製品の厚さと切断速度を決定づける重要な要素です。アルミニウムや銅は光を反射しやすいため、より高い出力電力が必要です。出力電力が高すぎる機械は、薄い製品を切断する際に必要以上にエネルギーを消費し、出力電力が低すぎる機械は、厚い製品を切断する際に苦労します。 

精度とビーム品質

細かなデザインの切断や滑らかなエッジカットには、ビームの品質が不可欠です。ファイバーレーザーは高度に集束されたビームを生成するため、切断幅を小さくし、正確でシャープなラインカットが可能です。CO2レーザーは、それほど精密ではない切断に適しており、金属切断においては一般的にファイバーレーザーよりも速度が遅くなります。

スピードと自動化

金属切断においては、ファイバーレーザーはCO2レーザーよりも一般的に高速である。これは、金属切断用途の件数が多いためである。自動加工機は段取り時間を短縮する。さらに、部品のネスティングを最適化するソフトウェアは、材料費と人件費の削減にも役立つ。

メンテナンスとサポート

直接ダイオードレーザーとファイバーレーザーは固体レーザーであり、CO2レーザーに比べてメンテナンスの手間が最小限で済みます。可動部品が少なく、交換が必要なミラーもないため、ダウンタイムも少なくなります。トレーニング、スペアパーツ、オンサイトサービスを提供するサプライヤーを優先的に探しましょう。

冷却、ガス、抽出

補助ガス （空気、窒素、酸素） 切断ゾーンから溶融材料を吹き飛ばすのに役立ちます。使用するアシストガスは、切断する材料の種類によって異なります。適切な換気システムは、切断プロセス中に発生するヒュームや微粒子を吸引し、作業者の安全を確保し、切断品質を維持します。

予算

レーザー切断機の購入価格だけを重視するのではなく、電気代、メンテナンス費用、ガス代、人件費といった関連費用も考慮に入れるべきです。初期費用が少し高めの機種を購入することで、長期的には時間と費用を節約できるでしょう。

記事の要約

この記事では以下の内容を取り上げました。

• レーザー切断とは何か、そしてその仕組みは？
• 主なレーザーの種類：ファイバーレーザー、CO₂レーザー、Nd:YAG/Nd:YVOレーザー、直接ダイオードレーザー。
• 主な機械構成：ガントリー、フライングオプティクス、ハイブリッド、CNC、5軸、ロータリー、小型・大型フォーマット、ガルバノ。
• 切断方法には、昇華切断、溶融切断、反応切断、熱応力破壊切断、ステルスダイシングなどがあります。
• 適切なレーザーの選び方：材質、出力、精度、速度、そして予算。

 

以上 カスタム金属レーザー切断 Boda Tech – ワンストップソリューション

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