切断用レーザーの3つの主なタイプ

レーザー切断は60年代から存在していましたが、今では産業プロセスでの使用が増えているため、これまでと同じように関連性があります。この非接触プロセスでは、一定の光線を使用して熱と圧力を生成し、カッティングヘッドが材料表面上を移動するときに、さまざまな材料を正確に再成形/変形します。レーザー技術は、レーザーの強度、レーザービームを生成するために使用する主要な構成材料、およびレーザーが作用する材料に応じて、切断、穴あけ、彫刻などの多くの機能を果たします。レーザー切断は、板金部品を製造するための最も主要なプロセスの1つです。

各レーザーは連続波長を提供し、さまざまな目的に使用できます。レーザーには、CO2（ガスレーザー）、ファイバーレーザー、Nd：YAGまたはNd：YVO（バナデート結晶レーザー）の3種類があります。それぞれが異なるベース材料を使用して、ガス混合物で電気的にレーザーを刺激するか、物理ダイオードを通過させます。

切断用レーザーの種類

CO2レーザー

CO2レーザーは、ガス混合物で満たされたチューブに電気を流し、光線を生成します。チューブの両端にはミラーが付いています。ミラーの1つは完全に反射し、もう1つは部分的で、光の一部を通過させます。ガス混合物は通常、二酸化炭素、窒素、水素、ヘリウムです。 CO2レーザーは、光スペクトルの遠赤外線範囲で不可視の光を生成します。

最高出力のCO2レーザーは、産業機械用に最大数キロワットの範囲ですが、これらははるかに例外です。典型的な機械加工CO2レーザーは、10.6マイクロメートルの波長で25〜100ワットの出力です。

このタイプのレーザーは、木材または紙（およびそれらの派生物）、ポリメチルメタクリレートおよびその他のアクリルプラスチックでの作業に最も一般的です。また、革、布、壁紙などの製品での作業にも役立ちます。チーズ、栗、各種植物などの食品加工にも応用されています。

CO2レーザーは、処理できる特定の金属がありますが、一般的に非金属材料に最適です。それは一般的に薄いシートのアルミニウムおよび他の非鉄金属を切ることができます。酸素含有量を増やすことでCO2ビームのパワーを高めることができますが、これは経験の浅い手やそのような強化に適さない機械では危険です。

ファイバーレーザー

このクラスの機械は、固体レーザーグループの一部であり、シードレーザーを使用します。それらは、ポンプダイオードからエネルギーを引き出す特別に設計されたガラス繊維を使用してビームを増幅します。それらの一般的な波長は1.064マイクロメートルであり、非常に小さな焦点径を生成します。また、通常、さまざまなレーザー切断装置の中で最も高価です。

ファイバーレーザーは一般的にメンテナンスフリーで、少なくとも25,000レーザー時間の長い耐用年数を備えています。したがって、ファイバーレーザーは、他の2つのタイプよりもはるかに長いライフサイクルを持ち、強力で安定したビームを生成できます。同量の平均出力でCO2レーザーの100倍の強度を管理できます。ファイバーレーザーは、連続ビーム、準、またはパルス設定を提供して、さまざまな機能を提供できます。ファイバーレーザーシステムのサブタイプの1つは、パルス幅を調整できるMOPAです。これにより、MOPAレーザーは、複数のアプリケーションに使用できる最も柔軟なレーザーの1つになります。

ファイバーレーザーは、アニーリング、金属彫刻、熱可塑性プラスチックのマーキングによる金属マーキングに最適です。ガラス、木材、プラスチックを含め、金属、合金、非金属で同様に機能します。ファイバーレーザーは、出力に応じて、非常に用途が広く、さまざまな材料を処理できます。薄い材料で作業する場合、ファイバーレーザーは理想的なソリューションです。ただし、これは20 mmを超える材料の場合はそれほどではありませんが、6kWを超える動作が可能なより高価なファイバーレーザーマシンでうまくいく可能性があります。

Nd：YAG / Nd：YVOレーザー

結晶レーザー切断プロセスは、 nd：YAGで行うことができます （ネオジムをドープしたイットリウムアルミニウムガーネット）が、より一般的には nd：YVOを使用する傾向があります （ネオジムをドープしたオルトバナジン酸イットリウム、YVO4）結晶。これらのデバイスは、非常に高い切断力を可能にします。これらのマシンの欠点は、初期価格だけでなく、平均寿命が8,000〜15,000時間（Nd：YVO4の方が一般的に短い）であり、ポンプダイオードが非常に高額です。

これらのレーザーは1.064マイクロメートルの波長を提供し、医療や歯科から軍事や製造まで、幅広いアプリケーションに役立ちます。 2つのNd：YVOを比較すると、より高いポンプ吸収とゲイン、より広い帯域幅、より広い励起波長範囲、より短い上部状態寿命、より高い屈折率、およびより低い熱伝導率を示します。連続動作に関しては、Nd：YVOは、中電力または高電力の場合のNd：YAGと全体的に同様のパフォーマンスレベルを備えています。ただし、Nd：YVOは、Nd：YAGほどの高いパルスエネルギーを許容せず、レーザー寿命はより短い期間持続します。

これらは、金属（コーティングおよび非コーティング）とプラスチックを含む非金属の両方で使用できます。特定の状況下では、それはいくつかのセラミックを処理することさえできます。 Nd：YVO4クリスタルには、高NLO係数のクリスタル（LBO、BBO、またはKTP）が組み込まれており、出力を近赤外線から緑、青、さらにはUVに周波数シフトして、さまざまな機能を提供します。

サイズが類似しているため、イットリウム、ガドリニウム、またはルテチウムイオンは、ビームの生成に必要な格子構造に大きな影響を与えることなく、レーザー活性希土類イオンに置き換えることができます。これにより、ドープされた材料の高い熱伝導率が維持されます。