レーザー加工の基礎知識

レーザー加工の波長について

レーザー加工とはレーザー光をレンズかミラーで集光させ、

小さく絞られた加工領域で金属を溶かす加工する方法です。

しかし、このレーザー光の波長の大きさによって、

加工方法や加工できる素材が変わってきます。

今回は、この波長によって変わるレーザー加工方法についてご紹介いたします。

レーザー加工とはどのような加工か?

レーザー加工とは、レーザー光をレンズかミラーで集光させ、

小さく絞られた加工領域で金属を溶かす加工する方法です。

レーザー加工は大きく分けると「除去加工」、「接合加工」、

「改質加工」、「変形加工」の4種類に分けられます。

レーザー加工の特徴は、微細な加工に適しているため、

加工ひずみや熱変形の少ない加工が可能です。

さらに、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なため、

近年では需要が高まっています。

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波長によって変わるレーザー光源の種類と特徴とは?

レーザ加工における重要な要素の一つとして波長がございます。

波長とは、物理の世界では「可視光」と呼んでおり、

JIS Z8120の定義ではおおよそ380~750nmの電磁波のことを指します。

レーザーの波長が小さいほど、レーザー光を構成する

光子のエネルギーは大きくなるというように、波長が変わると

レーザーの種類が変わるだけでなく、材料がレーザーを吸収する割合などが変化します。

①CO2レーザー

CO2レーザーとは、名前の通り、二酸化炭素を利用しているレーザーで

現在、レーザー加工機で最も多く使われているレーザーです。

このCO2レーザーは発振管内で二酸化炭素が窒素やヘリウムと混合し、

エネルギー交換を行うことで放射されるレーザー光のエネルギー効率が高く、

またヘリウムがレーザー光の状態を安定して持続させる特徴があります。

このCO2レーザーの波長は、10600nmの赤外光なため目には見えませんが、

レーザー光の中で最も長い波長帯です。波長が長いので、

材料に熱をかけて加工する傾向があります。

そのため、CO2レーザーは金属、木材、ゴム、ガラスなどほとんどの素材に適応できます。

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②YAGレーザー

YAGレーザーとは、YAG(イットリウムとアルミニウムの複合酸化物の結晶のこと)を

使った固体のレーザー光線です。主に、彫刻や溶接、マーキングに使用されます。

薄い素材でも変形や歪みがなくきれいに溶接を仕上げることができたり、

様々な素材に彫刻やマーキングを施すことが出来ます。このYAGレーザーの波長は、

1064nmで金属や金属・樹脂・セラミックへのマーキングに良く使用されます。

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③ファイバーレーザー

ファイバーレーザーとは、光ファイバーを媒質に用いた固体レーザーです。

ファイバーレーザーはファイバ内に光を閉じ込めているためエネルギー変換効率が高く、

光軸ずれがなく安定・高信頼・保守が容易です。

さらに、ファイバー出力なのでビーム品質が優れています。

このファイバーレーザーの波長は、YAGレーザーと同じく

1064nmでファイバーレーザーは極めて小さい焦点直径を持っています。

ファイバーレーザーは金属マーキングに最適です。

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まとめ

今回はレーザー加工の波長についてご説明いたしました。

レーザー加工の波長が変わるとレーザーの種類が変わるだけでなく、

材料がレーザーを吸収する割合などが変化します。

特に今回ご紹介した3つのレーザー加工方法では、加工できる素材が違うために、

それぞれに適した加工方法の選定が必要となります。

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