レーザー切断金属は精密製造を徹底的に変える

紹介

現代製造業の分野では、金属を正確かつ効率的に切断する能力は工業進歩の礎であり続けている。機械切断、プラズマ切断、水ジェット切断などの伝統的な方法はすでによく機能しているが、レーザー切断技術の登場はこの業界を根本的に変えた。金属を切断するレーザは、精度、速度、多機能性の代名詞となっており、さまざまな材料や複雑な設計を比類のない精度で処理できるツールをメーカーに提供しています。本文はレーザー切断技術の複雑性、応用、優勢及びこの変革性技術の未来を深く検討した。

レーザー切断の背後にある科学

レーザー切断は高出力レーザービームを用いて材料を切断する非接触プロセスである。用語" ;「レーザー」、励起放射光増幅を表します。金属を切断する背景の下で、レーザービームは材料の表面に焦点を合わせ、金属を溶融または気化した点に加熱する。集束ビームは一般的にCO 2レーザ、ファイバレーザ、またはNdYAGレーザによって生成され、各レーザにはアプリケーションに応じて独自の利点があります。

1.CO 2レーザこれらのレーザは、二酸化炭素、窒素、ヘリウムガスの混合ガスを用いてレーザビームを生成する。CO 2レーザは非金属材料と薄い金属の切断に適しているが、厚い金属には効率が低い。

2.光ファイバレーザ光ファイバレーザは、エルビウム、イッテルビウム、ネオジムなどの希土類元素をドープした光ファイバを用いてレーザビームを生成する。それらは非常に効率的で、特にアルミニウムや銅などの反射金属を切断するのに適しており、その高出力と精度で知られている。

3.NdYAGレーザこれらのレーザは、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を用いてレーザビームを生成する。NdYAGレーザは切断や溶接用途に広く使用できるが、CO 2やファイバレーザに比べて工業環境ではあまり見られない。

レーザー切断の仕組み

レーザー切断プロセスにはいくつかの重要な部品が関与している

1.レーザ発生レーザビームは、レーザ媒体（CO 2ガス、光ファイバ、または結晶）を含むレーザ共振器内で発生する。その後、ビームは増幅され、一連のミラーまたは光ファイバを介して切断ヘッドに導かれる。

2.ビーム集束レンズまたはレンズ群を用いて材料表面にレーザビームを集束する。集束ビームは高エネルギー密度であり、金属を正確に溶融または蒸発させることができる。

3.材料相互作用レーザービームと金属が相互作用すると、材料は融点または気化点に加熱される。その後、溶融金属は、窒素、酸素、アルゴンなどの補助ガスによって吹き飛ばされ、きれいで正確な切断が残されます。

4.CNC制御切断プロセスは、レーザーヘッドを所望の切断経路に沿って案内するコンピュータデジタル制御（CNC）システムによって制御される。これにより、複雑なジオメトリに対しても、高度に正確で再現可能な切断が可能になります。

レーザ切断金属の利点

レーザ切断は、従来の切断方法よりも多くのメーカーの第一選択となるように、多くの利点があります

1.精密レーザー切断は優れた精度を提供し、公差は±0.1 mmに達する。この精度は航空宇宙、自動車、電子製品など、複雑な設計と緊密な協力を必要とする業界にとって極めて重要である。

2.速度レーザ切断は、特に薄い金属に対して、従来の方法よりもはるかに速い。高速切断能力は生産時間を短縮し、生産量を向上させた。

3.鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、黄銅、チタンなどの様々な材料に使用することができる多機能レーザー切断。薄い箔から厚板まで、さまざまな厚さをカットすることもできます。

4.質量レーザー切断の非接触特性は材料の変形を最小限に抑え、清潔でバリのないエッジを生成する。これにより、二次仕上げ作業の需要が減少し、時間とコストが節約されます。

5.自動レーザ切断システムは完全に自動化され、最小限の人為的介入の下で連続的に動作することができる。これにより、効率が向上し、人件費が削減されます。

6.フレキシブルレーザー切断は、従来の方法では困難または実現不可能な複雑な形状とパターンを処理することができる。この柔軟性は、カスタマイズと小ロット生産の実行に重要です。

金属加工におけるレーザ切断の使用

レーザー切断はその精度、速度、多機能性により各業界で広く応用されている。いくつかの重要なアプリケーションには、次のものがあります。

1.自動車産業用レーザー切断は、車体パネル、シャーシ部品、エンジン部品などの部品を生産するために使用される。レーザー切断の精度と速度は、自動車業界の高生産ニーズを満たすために重要である。

2.航空宇宙工業航空宇宙工業の要求部品は極めて厳格な公差と複雑な幾何形状を持っている。レーザー切断は、タービンブレード、エンジン部品、構造要素などの部品を製造するために使用される。

3.電子産業用レーザー切断回路基板、コネクタ、ハウジングなどの電子機器の精密部品を製造するために使用される。複雑なパターンや小さな特徴をカットする能力は、この業界にとって非常に重要です。

4.医療業界のレーザー切断は、ステント、手術器具、義足などの医療機器やインプラントの製造に使用される。レーザー切断の精度と清浄性は、これらの製品の安全性と有効性を確保するために重要である。

5.建築用及び施工用レーザー切断建築用の装飾要素、構造部材及び立面要素。複雑な図案や設計をカットする能力により、建築家は独特で視覚的に注目される構造を創造することができる。

6.ジュエリー業界のレーザー切断は、金、銀、白金などの貴金属上に複雑で詳細な設計を作成するために使用される。レーザーカットの精度と柔軟性は、高品質のジュエリーを作るために重要です。

レーザー切断の課題と限界

レーザー切断には多くの利点がありますが、課題や限界がないわけではありません

1.材料厚レーザー切断は、薄い材料から中程度の厚さの材料に最も効果的である。非常に厚い金属を切断することは挑戦的である可能性があり、切断方法を複数回通過または代替する必要がある可能性がある。

2.反射材料の銅や真鍮などの金属は、反射性が高く、あるタイプのレーザーで切断するのが難しい。光ファイバレーザはCO 2レーザよりも反射材料の切断に適している。

3.最初の投資でレーザー切断システムを購入し、維持するコストは非常に高い可能性があり、特に中小企業の場合。しかし、効率と品質の面での長期的な収益は初期投資を上回ることが多い。

4.熱影響領域（HAZ）レーザビームの強い熱が切断周囲に熱影響領域を発生させ、材料の性能を変化させる可能性がある。これは、切断パラメータを最適化し、適切な補助ガスを使用することで緩和することができます。

5.安全上の問題レーザー切断は高出力レーザーに関連し、管理が適切でない場合、安全上のリスクをもたらす可能性がある。オペレータは、煙や粒子状物質を除去するために適切な換気を確保するための防護眼鏡の着用など、厳格な安全プロトコルを遵守しなければならない。

レーザー切断技術の未来

レーザー切断技術の将来は明るいものであり、効率、精度、多機能性の向上を目指している。いくつかの主な傾向と発展には、

1.多キロワットファイバレーザのような高出力レーザ高出力レーザの開発は、より速い切断速度とより厚い材料を切断する能力を実現している。これにより、レーザー切断の応用範囲が拡大される。

2.レーザー切断システムとロボット溶接や3 D印刷などの他の製造プロセスの自動化と統合により、より効率的で簡潔な生産ラインが作成されています。自動化も人工的な介入への需要を減らし、生産性を高めた。

3.増材製造レーザー切断はレーザー金属堆積（LMD）などの増材製造技術と結合し、混合製造技術を作成している。これにより、減算と加算の特徴を持つ複雑なコンポーネントの製造が可能になります。

4.インテリジェント製造はセンサー、人工知能と機械学習をレーザー切断システムに融合し、切断過程のリアルタイム監視と最適化を実現した。これにより品質管理が改善され、無駄が減少します。

5.持続可能なレーザー切断技術の進歩もエネルギー消費と環境影響の低減に重点を置いている。より効率的なレーザを使用し、環境に配慮した補助ガスを開発することは、より持続可能な製造実践に役立ちます。

結論

金属を切断するレーザは製造業の構造を変え、かつてない精度、速度、多機能性を提供している。自動車や航空宇宙から電子やジュエリーに至るまで、レーザー切断は高品質の部品や製品を生産するために不可欠なツールとなっている。課題と限界は依然として存在するが、レーザー技術の進歩はより大きな能力と応用に道を開いている。業界の発展に伴い、レーザー切断は引き続き精密製造の最前線にあり、今後数年で革新と効率を推進することは間違いない。