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レーザー切断は、自動車、家電製品、電子製品などの製造分野で広く使用されている高度な加工技術です。高出力密度のレーザービームを材料の表面に照射し、材料を急速に溶融、気化、または燃焼させることにより、切断の目的を達成します。この記事では、レーザー切断の動作原理、その主要コンポーネント、実用化におけるその利点、および将来の開発動向。

レーザーカットとは?

レーザー切断は、高精度の非接触材料加工技術ですこれは、高エネルギー密度のレーザービームを「切削工具」として使用し、コンピュータープログラムを介してレーザーの移動経路を正確に制御するため、レーザービームが材料の表面または内部に集中し、高温を発生させて材料の発火点をすばやく溶かし、蒸発、蒸発、または到達すると同時に、 補助ガス(酸素、窒素、アルゴンなど)を使用して、溶融または気化した材料を吹き飛ばし、切断の目的を達成します。この技術は、金属(ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金など)、非金属(木材、プラスチック、ガラス、セラミックなど)など、さまざまな材料を処理でき、高速、高精度、優れたエッジ品質、高度な自動化、および高い材料利用率という利点があります。

レーザー切断はどのように機能しますか?

基本的なレーザー切断の原理は、高出力密度のレーザービームを使用して材料の表面を照射し、一連の物理現象を通じて、材料を急速に溶かしたり、気化させたり、燃焼させたりして切開を形成することです。レーザービームの生成は、主にポンプ光源、利得媒体、光共振共振器の3つの部分で構成されるレーザーによって実現する必要があります。ポンプ源はゲイン媒体にエネルギーを供給し、ゲイン媒体はエネルギーを吸収して誘導放射線を生成します。光共振空洞は、誘導された放射線を増幅して成形し、最終的に高出力密度のレーザービームを形成します。

レーザー光が材料の表面に当たると、反射、吸収、散乱、熱伝導など、さまざまな物理現象が発生します。レーザービームのエネルギー密度は、材料の表面を融点または沸点にすばやく到達させるのに十分高く、それによって切断を実現します。このプロセスは、次の段階に細分化できます。

• 熱伝導:レーザー光が材料の表面に当たると、表面温度が急速に上昇し、熱伝導によって材料内部に熱が伝達され、熱影響部が形成されます。
• 融解：材料の表面温度が融点に達すると、材料は溶融し始め、溶融プールを形成します。
• 気化：材料の表面温度が上昇し続け、沸点に達すると、材料は気化して蒸気を形成し始めます。
• 燃焼：木材やプラスチックなどの一部の可燃性材料では、レーザービームの高温により、材料の表面で燃焼反応が発生し、ガスが発生し、切断プロセスがさらに加速する可能性があります。

レーザー切断プロセスのステップは何ですか?

ザレーザー切断機のプロセス通常、一連の整然とした詳細な手順が含まれています。そのプロセスは次のとおりです。

1. スタートアップの準備:まず、電源をオンにし、冷却システム、ガスシステムなど、機器のすべての部品が正常であることを確認します。
2. 材料の準備とパラメータ設定:カットする材料をカッティングテーブルに置き、材料の種類と切断要件に応じて操作インターフェースにレーザー出力、速度などの対応する切断パラメータを入力し、カッティンググラフィックをインポートします。
3. フォーカスとポジショニング:レーザービームの焦点位置を調整して、レーザーが材料に正確に焦点を合わせ、切断の開始点を決定できるようにします。
4. カットを開始します。レーザーと工作機械を始動し、プリセットのグラフィックとパラメータに従ってカットします。
5. 監視と調整:切断プロセス中、オペレーターは切断状況に細心の注意を払い、必要に応じて実際の状況に応じて切断パラメータを調整する必要があります。
6. 切断完了とシャットダウン:切断が完了したら、製品の品質を確認し、正しい順序で機器をシャットダウンします。
7. メンテナンスとケア:機器が良好な状態にあることを確認するために、機器を定期的に清掃、検査、保守してください。ポイント償還スピーチサプライズマグロが鍋に参加するが、ギルドの良好な状態に参加する、ルイチェックポストは彼ができるだけ早く交換するために彼を叱りすぎる必要がある後のメンテナンス結果。

レーザー切断の利点は何ですか?

ザレーザー切断技術の利点は、主に次の側面に反映されます。

利点	形容
精度	レーザー切断機の精度は、すべての切断方法の中で最も高いです。高精度は、光が非常に細い直径に縮小されていることに由来します。レーザー切断の精度は、ウォータージェット切断などのプロセスよりもさらに高くなっています。
速度	レーザーで薄い材料を切断する速度は非常に速く、速度は毎分3メートルを簡単に超える可能性があるため、レーザー切断機は大量生産ラインで一般的です。
万芸	レーザー切断は、さまざまなアプリケーションや用途に適しています。これにより、非常に用途の広い切断方法になります。
カスタマイズ	パーソナライズされたカスタマイズされた形状は、CNCプログラムを変更するだけで作成できます。
オートメーション	最新のCNCレーザー切断は、数値制御システムを採用しています。CNCシステムは、カッティングヘッドの動きを自動的に制御できます。
ダストフリーカット	レーザーを使用しても、ワークピースに材料の粉塵は発生しません。たとえば、ファイバーレーザーで木材を切断すると、おがくずは生成されません。
廃棄物の削減	レーザーカッターは非常に精密で、ワークピースから材料をほとんど除去しません。これにより、材料の無駄が最小限に抑えられます。貴金属を切断する場合、レーザー切断機に入れるだけで金属を加工することができます。

レーザー切断の用途は何ですか?

レーザー切断には幅広い用途があります、さまざまな工業生産および製造業をカバーしています。主なアプリケーション領域の一部を次に示します。

1.車
レーザー切断機は、自動車分野で板金を切断するために一般的に使用されています。エキゾーストシステム、フレーム、サスペンション、その他のボディ部品などの部品を製造している。

2.航空宇宙

精度は、航空宇宙アプリケーションにおける主要な考慮事項です。レーザーカッターは、その仕事に最適なソリューションであることが証明されました。航空宇宙産業のレーザーは、航空機のフレーム部品、タービンブレード、その他の小型部品の製造に使用されています。

3.製造

ファイバーレーザーは、製造工場の組立ラインで一般的です。これらには、金属加工工場、繊維工場、プラスチック部品などが含まれます。

4.エレクトロニクス

レーザーカッターは、テレビ、スマートフォン、ラップトップ、タブレットなどの電子機器用の一貫した部品を便利に製造できます。

5.広告

デコパージュ、サイネージ、ブランドロゴなどの広告資料は、レーザーカッターを使用して、滑らかなエッジと美観を実現できます。

6.アーキテクチャ

レーザーは、建設業界向けの装飾製品の製造に使用できます。一般的な例は、クラッディングやアートインスタレーションです。

7.医療

レーザーパワーは、ヘルスケア業界で医療機器の製造に使用されています。さらに、手術器具もレーザーシステムを使用しています。

レーザー切断で加工できる材料は何ですか?

レーザー切断技術は、その高精度、高速、強力な柔軟性により、さまざまな材料を処理するための工業生産で広く使用されています。以下は、一般的なレーザー切断材料の一部です。

1.メタル

(1)アルミニウム

• 特性：軽量で耐食性があり、加工と成形が容易で、電気伝導率と熱伝導率に優れています。
  
• アプリケーション：建設、輸送、包装、電子機器、その他の分野で広く使用されているアルミニウムクラッディング材料は、ドアや窓、家具、装飾材料などの製造によく使用されます。
  

(2)鋼鉄

• 特性：高強度、優れた靭性、耐摩耗性、優れた溶接性と加工性。
  
• アプリケーション：自動車、建設、機械などの分野で広く使用されている鋼製クラッディング材料は、構造部品やコネクタなどの製造によく使用されます。

(3)ステンレススチール

• 特性：優れた耐食性と耐高温性、および清掃とメンテナンスが簡単です。
  
• アプリケーション：医療、食品、化学、その他の分野で広く使用されているステンレス鋼のクラッディング材料は、医療機器、食器、容器などの製造によく使用されます。

(4)銅

• 特性：電気伝導率と熱伝導率に優れ、特定の抗菌特性があります。
  
• アプリケーション：電気、建設、配管、その他の分野で広く使用されている銅被覆材は、ワイヤーやケーブル、パイプなどの製造によく使用されます。
  

(5)チタン合金

• 特性：高強度、低密度、優れた耐食性、および優れた生体適合性。
  
• アプリケーション：航空宇宙、医療、その他の分野で広く使用されているチタン合金コーティング材料は、航空機エンジン部品、医療機器などの製造によく使用されます。

2. 非金属材料

• プラスチックス：レーザー切断では、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレンなど、さまざまな種類のプラスチックを切断できます。ただし、ポリ塩化ビニルPVCなどの一部のプラスチックは、切断プロセス中に有毒ガスを放出する可能性があり、オペレーターやレーザーカッター自体に害を及ぼす可能性があるため、そのような材料のレーザー切断は避ける必要があります。
  
• 木：レーザー切断では、オーク、ニレ、カエデ、マツなど、さまざまな種類の広葉樹や針葉樹を切断できます。ただし、木材の可燃性と平均的なレーザー切断効果により、実際の用途では木材をレーザー切断を使用することは比較的まれです。
  
• ラバーとレザー:これらの材料はレーザー光を吸収し、レーザー切断で加工することができます。
  
• 紙と段ボール:レーザー切断は通常、これらの材料に跡を残さないため、ラベルやパッケージなどの作成によく使用されます。
  
• セラミック：一部の種類の人工または装飾的なセラミックでは、レーザー切断も可能です。

レーザー切断技術にはどのような種類がありますか?

ザレーザー切断の種類主に、材料の除去方法と特性によって分類されます。切断プロセス.主なタイプは次のとおりです。

CO2レーザー切断
CO2レーザー切断では、CO2ガスの排出によりレーザー増幅が行われます。CO2レーザーは、最も早く、最も人気のあるタイプのレーザーの1つです。ガスの排出はCO2だけではありません。CO2、窒素、水素、キセノン、ヘリウムを含んでいます。
C02レーザー切断には、酸素または窒素を使用する2つのオプションがあります。酸素は、より厚い材料をレーザー切断する場合に適しています。薄いシートをレーザー切断する場合は、窒素が好まれます。酸素によるC02レーザー切断は、切断面に酸化物層を形成します。これを避けるためには、ワークピースにサンドブラストなどの前処理プロセスが必要です。

ファイバーレーザー切断

ファイバーレーザー切断は、従来のガス放電ではなく、光増幅に光ファイバーを使用します。レーザーダイオードからの光はファイバーを伝搬します。結果として得られるビームは、厚さ1cmまでのステンレス鋼を溶かすのに十分な強度があります。
ビームは通常、強力なガスフローシステムを伴います。ガスの流れが溶融材料を押しのけ、きれいな切断を可能にします。これらのレーザーのファイバーは、イッテルビウム、ネオジム、エルビウム、ジスプロシウムなどのさまざまな元素を利用しています。

Nd:YAGレーザー切断

Nd:YAG(ネオジム:イットリウムアルミニウムガーネット)レーザーは、イットリウムアルミニウムガーネット結晶(YAG結晶)を活物質とし、微量のネオジム(Nd)をドープした固体レーザーです。このレーザーは、特定の波長(通常は1064nm)の赤外線を放出するパルスレーザーまたは連続レーザーを生成できます。
レーザー光源は、カッティングヘッド内のレンズによって10分の1ミリメートルのスポットサイズに集束され、材料(通常は金属)を溶かします。同軸ガス流が溶融物を下方に「吹き飛ばし」、プロセスに切り込みを形成します。

エキシマレーザー切断

エキシマレーザーを使用して、材料を正確に切断します。レーザービームはコンピューターによって制御され、レーザー光子のエネルギーを使用して組織分子の化学結合を開き、組織をガス化して切断効果を実現します。

ダイレクトダイオードレーザー切断

半導体材料の誘導放射線効果に基づく。半導体材料では、電子が高エネルギー準位から低エネルギー準位に跳ね上がると、エネルギーが放出され、それが光子の形で放出されます。
レーザーダイオードは、特定の構造設計とドーピングプロセスを使用して、半導体内でこれらの光子を繰り返し増幅および強化し、最終的に高輝度、高コヒーレンスレーザーのビームを形成します。

レーザー切断技術に代わるものは何ですか?

ここでは、業界で使用されているいくつかの代替切断技術と、それらがレーザーカッターとどのように比較されるかを示します。

1.ウォータージェット技術

レーザー切断と比較して、ウォータージェット技術はそのユニークな冷間切断方法で際立っています。この技術は、材料を溶かす必要がないため、大きな利点があります。ただし、レーザー切断は、エッジの定義と精度の点でより優れたパフォーマンスを発揮します。さらに、レーザー切断は水を使用する必要がないという事実は別の利点です。

2.プラズマ切断技術

プラズマ切断は、切断領域で材料を溶かすことによって実現されますが、その用途は限られており、金属や合金などの導電性材料にのみ適しており、これが大きな制限です。これに対し、レーザーカッターは、非金属や金属など幅広い材料の適用範囲を持ち、彫刻機能も備えています。

3.ワイヤーEDM技術

ワイヤー放電加工は、放電によって材料を除去しますが、これも導電性金属の用途に限定されます。レーザー切断と比較して、ワイヤー放電加工は材料の適用性と効果の点でわずかに劣っています。レーザー切断は、すべての材料に適しているだけでなく、ワイヤーEDMには当てはまらない、より優れた切断結果と彫刻機能も提供します。

4.CNCフライス盤と旋削

などの加工方法CNCフライス盤と旋削加工材料にこすれるとすぐに摩耗する物理的な切削工具に頼ってください。一方、レーザー切断は物理的な工具を必要とせず、CNCマシン.

5.スタンピング
スタンピングは、金型の物理的な力を切断する低コストの金属加工プロセスですが、品質と精度の点で大きな欠点があります。対照的に、レーザーカッターは優れた結果を提供することができます。

6.3D印刷技術

3Dプリンティング技術は主にプラスチック材料の積層造形に使用され、レーザー切断機と比較して結果は大きく異なります。3Dプリントされた製品には明らかな欠陥がある可能性があり、プリント結果はレーザーカッターのそれには遠く及びません。さらに、3Dプリンターの材料オプションの範囲は比較的限られています。

よくあるご質問(FAQ)

1.レーザー切断は段階的にどのように機能しますか?

レーザー切断は、レーザーを使用して高エネルギーのレーザービームを生成します。集束後、ビームは材料の表面に照射され、材料は局所的かつ急速に加熱され、融点、気化点、または発火点になります。同時に、溶融材料は高速風量の助けを借りて吹き飛ばされ、それによって材料を段階的に切断します。

2.レーザー切断金属はどのように機能しますか?

金属をレーザー切断するとき、高エネルギーのレーザービームが集束され、金属表面に照射されます。金属がレーザーエネルギーを吸収した後、急速に加熱されて溶融状態または気化状態になります。同時に、補助ガス(酸素、窒素など)が溶融金属を吹き飛ばして切断経路を形成し、金属切断を完了します。

3.レーザープロセスはどのように機能しますか?

レーザー技術は、レーザーによって生成された高エネルギーレーザービームを使用して、材料の表面を集束、透過、照射します。レーザーの高エネルギー密度は、溶融、気化、アブレーションなどの材料と相互作用し、それによって材料加工、切断、溶接、その他のプロセスを実現します。

4.レーザーカッターはどのように材料を切断しますか?

レーザー切断機は、レーザーを介して高エネルギーのレーザービームを生成します。集光後、ビームは材料の表面に照射します。同時に、高速気流装置を作動させて、溶融または気化した材料を吹き飛ばして切断経路を形成し、材料の切断を実現します。レーザー切断機は、高精度、高効率、高柔軟性という利点があり、さまざまな材料の加工に広く使用されています。

概要

高度な製造技術として、レーザー切断は現代産業でますます重要な役割を果たしています。その原理、プロセスタイプ、およびアプリケーション領域をより深く理解することで、その開発動向をより深く把握し、工業生産におけるその利点を最大限に活用することができます。テクノロジーの継続的な進歩と革新により、レーザー切断技術将来的には、より幅広い応用の見通しが確実に示されるでしょう。

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