レーザー加工の基礎知識

レーザー加工の特徴と精度について

レーザー光線を使って、いとも簡単に金属やプラスチック等を

加熱、溶融、蒸発させる加工方法です。

レーザー加工は仕上がりが非常にきれいというメリットがありますが、

他にも多くの特徴を持つ加工方法です。

今回は、そのレーザー加工の特徴についてご紹介します。

1.レーザー加工とはどのような加工?

レーザーとは太陽の光(虹の7色と赤外線・紫外線等の光が混じった混合された)の内、

1色のみを取り出して、増幅させた人工の光で、拡散しなく1直線に進みます。

したがって、レーザー光は気体分子の中にある電子をエネルギーの高い状態にしておき、

そのエネルギーを光として外に放出し、

また光の往復によって増幅を起こして、極めて純度の高い光を作り出します。

この光を作り出す装置をレーザー発振器といいます。

レーザー加工機は、そのレーザー発振器から出力されたレーザー光を

光路の最後に配置されている集光レンズかミラーで絞り込んでワーク表面で

ビームのエネルギーを高めて加工します。

レーザーを、レンズかミラーで集光させると、

小さく絞られた加工領域では高パワー密度の熱源が発生します。

このため、レーザーは金属やセラミックス等の材料を容易に

加熱、溶融、蒸発させることができ、難加工材の加工に適した加工方法です。

焦点距離が短くなればなるほど、ビームの集光径が小さくなり、

より微細な加工が出来ます。

一方で焦点距離が長くなればなるほど、ビームの集光径が大きくなるので、

焦点深度が長くなる分、焦点が合う位置が長くなり焦点合わせがしやすくなります。

>>>レーザー加工機についてはこちら

2.レーザー加工の特徴とは?

レーザー加工は、ワークの照射によるレーザー光のエネルギー密度や

照射時間とアシストガスの作用によって、異なる加工を実現します。

照射するエネルギー密度を高く設定すると、

金属は液相、気相までを短時間に変化するために、

結果として周囲への熱影響が少ないために穴あけや切断加工に適しています。

一方で時間をかけて表面温度を上昇させると、

固相状態で温度上昇を停止するために焼き入れが行われます。

このようにレーザー加工のエネルギー密度や照射時間の制御が

容易に行えるレーザー加工の特徴をご紹介致します。

>>>アシストガスについてはこちら

 

Ⅰ.微細な加工に適している

加工領域が非常に狭いので、ピンポイントでムラなく均一な加工が行えます。

レーザー光を集束する部分はレーザー光を吸収して高温に加熱され、

瞬間的に蒸発または溶融します。

ワークの種類や厚さによって異なりますが、

板厚の1/3程度の穴径が最小径として加工が可能です。

 

Ⅱ.高脆弱材料の加工が容易である

平行性のよい高パワーのレーザー光をワーク表面に

微小スポットとして集束することができるので、

エネルギー密度は従来の加工法の中では最も大きな部類に属します。

そのため、加工困難な材料や高融点材料、耐熱合金類、

セラミック、宝石やダイヤモンド等の高脆弱材料に対しても加工が可能となります。

 

Ⅲ.非接触加工である

レーザー加工は非接触加工なために、加工中の反力がなく、

プラスチックや布地、ゴム、紙などの材質や極薄板厚の対象を変形させずに

高精度に加工することが可能です。

さらに、非接触加工は加工中の騒音発生も極めて少ないために、

人里離れた場所で夜間連続運転も可能です。

 

Ⅳ.加工ひずみや熱変形の少ない加工が可能

レーザー光をワーク表面に微小スポットとして集束し局部的な加工が行えるために、

加工ひずみ変質層や熱変形の少ない加工をすることが可能です。

刃物に付着した粉塵などを除去する必要もないために、

作業の効率化と交換作業の必要もございません。

 

Ⅵ.加工の自動化が容易

ファイバレーザーは、レーザー光をファイバ伝送できるため、

ロボット等と組み合わせた複雑なレーザー伝播経路の加工システムの構築が容易に可能です。

さらに、電子ビーム加工機のように真空を必要とせず、

X線の発生や磁場の影響を受けない点で廉価であり、作業性も良好です。

6.まとめ

今回はレーザー加工の特徴についてご説明いたしました。

レーザー加工の普及により、様々な材質・板厚の加工が容易になり、

需要が高まっています。

しかし一般的には不可視レーザー光を利用して、

切断、溶接などの作業を行うものであるため、

レーザー光を取り扱う必要がある場合には細心の注意が必要です。

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