レーザー加工の品質を左右する条件とは？
レーザー加工とは？
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し加工する方法です。
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。
切断品質を左右する条件とは？
レーザー加工機を使用した切断方法は被切断部を溶融させる熱切断と
溶融させない非熱切断に大別されます。
熱切断は、何らかの熱源で切断材料を溶融して溶融箇所を除去する方法です。
その例としてはガス切断、プラズマ切断、放電切断が挙げられます。
一方で、非熱切断は、逆に溶融させずに切断材料を削り取るまたはせん断する方法です。
こちらの例としてはウォータジェット切断、鋸切断、せん断が挙げられます。
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レーザー切断の品質に影響する加熱装置の条件として、
レーザー出力をはじめ、レーザの発振が連続かパルスか、集光レンズの焦点距離、
材料表面に対する焦点の位置等、様々な要因が挙げられます。
しかし、被切断部を溶融させるのに必要かつ
十分なエネルギーを投入しなければならないので、
主要因しては特にレーザー出力と切断速度とアシストガスが重要となります。
①レーザー出力について
被切断材の板厚に比例して入熱は増大します。
そのため、入熱エネルギーが適正条件±10％の範囲内であれば無酸化切断が可能です。
しかし、入熱不足の場合は切断困難ないし未切断となり、
入熱過大の場合は溶融過多となり、表面の平滑度の低下や被切断部の裏面に
ドロス発生等を引き起こす場合がございます。
これらは材質によって、入熱エネルギーと板厚の相関は変化するので、
注意が必要となります。レーザー出力の強さはソフトウェアで簡単に制御できますが、
最大出力はハードウェアに左右されます。
そのため、最大レーザー出力の大きなレーザー加工機は様々な材料を加工できるので、
柔軟性がアップし、高出力なら高速加工も可能なので加工効率も向上します。
②切断速度について
切断速度を替えることによって、材料に対する熱の入り方が大きく変化し、
切断面あらさや切断品質に影響を及ぼします。
特に遅すぎると過剰な熱供給によって切断面が幅広くなってしまうとともに、
大量のドロスの発生によって品質が低下する要因ともなります。
また逆に早すぎる場合も、切断面には多くのドロスが付着する原因ともなります。
③アシストガスについて
アシストガスの種類やガスの圧力、流量、
流速においても切断の品質に大きな影響を与えます。
ガスの種類はO2ガスに代表される酸化性のガスを利用するかどうかであり、
ガスを利用すれば切断面に酸化皮膜を生じ品質的には劣化します。
流速、流量の不適正は表面の平滑度を劣化させ、未切断を生じさせたり、
被切断部裏面側にドロスなどが発生させます。
アシストガス自体はレーザーの照射により生じる物質を速やかに除去することで、
切断面下面にドロスが付着してしまうことを防ぎますが、
使用条件を満たさない場合には、追加工が必要となります。
まとめ
今回はレーザー加工の品質についてご説明いたしました。
レーザー加工の品質を左右するのはレーザー出力と切断速度とアシストガスです。
特にレーザー出力は加工機の性能に起因するので、注意が必要です。
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