レーザー加工とは - 種類と働き

レーザー加工とは

レーザー ビーム加工 (LBM) は、レーザー ビームから導かれる熱を使用する加工の一種です。このプロセスでは、熱エネルギーを使用して、金属または非金属の表面から材料を除去します。高周波の単色光が表面に当たり、光子の衝突により、材料の加熱、溶融、気化が起こります。

レーザー ビーム加工は、導電率が低く脆い材料に最適ですが、ほとんどの材料に使用できます。

表面を溶かさずにガラスをレーザー加工できます。感光性ガラスの場合、レーザーはガラスの化学構造を変化させ、選択的にエッチングできるようにします。このガラスは、フォト マシナブル ガラスとも呼ばれます。

光加工可能なガラスの利点は、正確に垂直な壁を作成できることであり、ネイティブ ガラスは、遺伝子解析用の基板など、多くの生物学的用途に適しています。

レーザー加工の定義

レーザー加工とは、レーザー光で加工を行う従来にない加工方法です。レーザー光はワークピースに最大の温度を与えます。高温のため、ワークピースが溶けます。このプロセスでは、熱エネルギーを使用して金属表面から材料を除去しました。

レーザーの種類

レーザーには、ガス、固体レーザー、エキシマなど、さまざまな種類があります。

最も一般的に使用されるガスの一部は次のもので構成されています。 He-Ne、Ar、および二酸化炭素レーザー。

固体レーザー さまざまなホスト材料に希少元素をドーピングすることによって設計されています。ガスレーザーとは異なり、固体レーザーはフラッシュランプまたはアークランプによって光学的に励起されます。ルビーは、このタイプのレーザーで頻繁に使用されるホスト材料の 1 つです。

ルビーレーザーは、レーザー媒質が合成ルビー結晶である固体レーザーの一種です。合成ルビー ロッドは、アクティブなレーザー媒体として使用される前に、キセノン フラッシュ チューブを使用して光学的にポンピングされます。

YAG は、固体レーザーに使用される結晶であるイットリウム アルミニウム ガーネットの略語であり、Nd:YAG は、レーザー媒介物として固体レーザーで使用されるネオジムをドープしたイットリウム アルミニウム ガーネット結晶を指します。

YAG レーザーは、高エネルギーの光波の波長を放出します。 Nd:ガラスは、ファイバー レーザーで使用されるケイ酸塩またはリン酸塩材料で作られた、ネオジムをドープしたゲイン メディアです。

レーザー ビーム加工の部品

1.電源

レーザーには高電圧が必要です。電子を放出するためにシステムに電力が供給される。電力が供給されると、電子は励起状態になり、動作する準備が整います。

2.フラッシュランプ

フラッシュ ランプは、白色でコヒーレントな光を非常に短時間提供するために使用されます。

3.コンデンサー

一般的に、コンデンサの働きは分かっており、電荷を蓄えたり放出したりするために使われます。ここでは、点滅プロセス中に使用されます。

4.反射鏡

ここでは、反射ミラーを使用して光をワークピースに直接反射させます。内部と外部の 2 つのタイプがあります。

5.レンズ

ここでは、視力を目的としてレンズが提供されます。与えられたワークマークに対して操作を実行しやすいように、イメージをより大きなサイズで表示します。

6.ワーク

ワークピースは、操作が実行されるオブジェクトのようなものです。たとえば、体にレーザー操作が必要な場合、私たちはこの機械のワークピースです。オブジェクトを製造するのと同じように、レーザー機械が操作を実行してドリルまたは穴を開ける必要があります.

レーザー加工の動作原理

このプロセスでは、レーザー ビームは単色光と呼ばれ、レンズによって加工対象のワークピースに焦点を合わせ、非常に高いエネルギー密度を与えて、あらゆる材料を溶融および気化させます。

レーザー結晶 (ルビー) は、上の図または図に示すように、約 1000W のフラッシュ ランプ コイルに配置された平らな反射端を持つ円柱の形をしています。

フラッシュは、キセノンからの高輝度白色光でシミュレートされます。クリスタルが励起され、レンズを使用してワークピースに焦点を合わせたレーザー光を放出します。

生成されるビームは非常に狭く、1000 kW/cm2 の出力密度でピンポイント領域に集束できます。高熱を発生し、金属の一部が溶けて気化します。

レーザー加工の応用

レーザーは、溶接、クラッディング、マーキング、表面処理、穴あけ、切断などの製造プロセスに使用できます。自動車、造船、航空宇宙、鉄鋼、エレクトロニクス、医療産業で複雑な部品の精密機械加工に使用されています。

レーザー溶接は、最大 100 mm/s の速度で溶接でき、異種金属を溶接できるという利点があります。レーザークラッディングは、表面品質を向上させるために、安価な部品や脆弱な部品をより硬い材料でコーティングするために使用されます。レーザーによる穴あけと切断は、損傷の原因となる接触がないため、切断工具の摩耗がほとんどまたはまったくないという利点があります。

レーザーによるフライス加工は、2 つのレーザーを必要とする 3 次元プロセスですが、部品加工のコストを大幅に削減します。レーザーを使用して、ワークピースの表面特性を変更できます。

レーザー加工の器具は、業種によって異なります。軽工業では、機械は他の金属の彫刻や穴あけに使用されます。電子産業では、ワイヤーストリッピングおよびスカイビング回路にレーザービーム加工が使用されています。医療業界では、美容整形や脱毛に使用されています。

レーザー加工の利点

• レーザー ビームの光線は単色で平行 (つまり、エテンデュがゼロ) であるため、小さな直径に集束でき、1 平方ミリメートルの面積で最大 100 MW の出力を生成できます。
• レーザー ビーム加工には、従来の切断方法では不十分なほぼすべての素材を彫刻または切断する能力があります。
• レーザーにはいくつかの種類があり、それぞれ用途が異なります。
• 工具とワークピースの間に物理的な接触がないため、摩耗率が低いため、レーザーの維持費は適度に低くなります。
• レーザー光線による機械加工は高精度であり、これらのプロセスのほとんどは追加の仕上げを必要としません。
• レーザー ビームをガスと組み合わせることで、切断プロセスの効率を高め、表面の酸化を最小限に抑え、ワークピースの表面を溶融または気化した材料から保護することができます。

レーザー加工のデメリット

• レーザー ビームを取得するための初期コストは、適度に高くなります。機械加工プロセスを支援する多くのアクセサリがあり、これらのアクセサリのほとんどはレーザー ビーム自体と同じくらい重要であるため、機械加工の初期費用はさらに高くなります。
• 機械加工の取り扱いと保守には、高度な訓練を受けた担当者が必要です。レーザー ビームの操作は比較的技術的であり、専門家によるサービスが必要になる場合があります。
• レーザー ビームは、大量の金属プロセスを生成するようには設計されていません。
• レーザー加工は多くのエネルギーを消費します。
• 融点が高いワークピースでは深い切削が難しく、通常はテーパーが発生します。

よくある質問

レー​​ザー加工とは?

レーザー ビーム加工 (LBM) は、レーザー ビームから導かれる熱を使用する加工の一種です。このプロセスは熱エネルギーを使用して、金属または非金属の表面から材料を除去します。

レー​​ザー加工の利点は何ですか?

レーザー加工の主な利点は、複雑な切断パターンの自動化が容易であること、工具の摩耗や破損がないこと、浅い角度で切断できること、および切断速度が速いことです。非接触プロセスであるため、レーザーと材料の間のエネルギー移動は照射によって行われます。

レー​​ザー加工で使用されるレーザーはどれですか?

レーザー加工に使用されるレーザーの種類:CO2 やエキシマ レーザーなどのガス レーザー、および Nd:YAG や YAG レーザー、フェムト秒レーザーなどの固体レーザーは、最も一般的なレーザーの一部です。

レー​​ザー加工の原理は?

ワークピースに焦点を合わせて、生成されたこのレーザー ビームを機械化します。レーザービームがW/Pの表面に当たると、レーザービームの熱エネルギーがW/Pの表面に伝達されます。加熱、溶融、蒸発し、最終的に材料を工作物にします。

レー​​ザー光線の特徴は?

第 1 章では、レーザー ビームの最も特徴的な特性は、(i) 単色性、(ii) コヒーレンス (空間的および時間的)、(iii) 方向性、(iv) 明るさであると述べました。

LBM プロセスで使用されるレーザー材料はどれですか?

Nd:YAG が主に LBM アプリケーションに使用される固体カテゴリで開発された多くのレーザー タイプがあります。 Nd:YAG、ルビー、Nd ガラスなどの固体レーザーは、金属材料の加工によく使用されます。 Nd:YAG レーザーは、セラミック材料にも使用できます。

レー​​ザー製造とは

現在、レーザーベースの製造は、セラミックからポリマー、さらには金属に至るまで、さまざまな種類の材料を処理するために、さまざまな業界で適用されています。レーザー技術の進歩により、前例のない精度と効率で事実上あらゆる材料のレーザー加工が可能になりました。

レー​​ザー ビーム加工では、操作全体で真空が必要ですか?

説明:レーザー加工は汎用性が高く、金属だけでなく非金属にも使用できます。真空環境を必要としません。説明:レーザー ビーム加工プロセスでは、他の型破りな加工プロセスと比較して、熱影響部の面積が小さくなります。

レー​​ザーにはどのような種類がありますか?

利得媒体に基づいて、レーザーは主に 5 つのタイプに分類されます。

• ガスレーザー。
• 固体レーザー。
• ファイバーレーザー。
• 液体レーザー (色素レーザー)
• 半導体レーザー (レーザー ダイオード)

レー​​ザー光線の主な特性と用途は?

レーザーは、誘導放射を使用して増幅される高濃度の狭い光ビームを投影するデバイスです。レーザーには、コヒーレンシ、コリメーション、単色の 3 つの特性があります。レーザーのこれら 3 つの特性により、強力なパワーの小さな焦点が生成されます。

レー​​ザー ビームを使用して加工できる材料は何ですか?

レーザー加工は、ワークピースの導電性とは無関係です。プラスチックからダイヤモンドまで幅広い材料を加工できます。レーザー ビーム加工は、穴あけ、切断、溝入れ、スクライビング、​​マーキング、クリーニング、旋削など、幅広い材料加工技術を提供します。

レー​​ザー加工が大きな穴に使用できない理由

一定の出力密度を超えるレーザー放射は、材料の溶融と気化、および固体粒子の放出を引き起こします。穴の直径と深さが大きくなると、放出された固体粒子が溶けて穴の壁と底に堆積するため、深穴掘削には適していません。

レー​​ザー ビーム加工で使用される機械の運用コストはいくらですか?

加工は非常に迅速で、セットアップ時間はレーザー ビーム加工で経済的です。

レー​​ザー ビーム加工で使用される機械の運用コストはいくらですか?

LBM のマシンの運用コストは低いですが、機器のコスト自体は高コストです。

レー​​ザー技術は何をしますか?

レーザー デバイスは、光を使用して画像やテキストを保存、転送、または印刷します。また、手術や武器など、他の幅広い用途にも使用されています。レーザーのコヒーレント放射により、特別な強度が得られます。

レー​​ザー加工における反転分布とは?

• レーザー アクションの場合、中の原子の数。より高いエネルギー状態を増加させる必要があります。より高いエネルギー レベルの人口を増やすプロセス、つまり N2> N1 を作るプロセスは、人口反転と呼ばれます。
• 人口反転を達成する方法は.ポンピングと呼ばれます。

レー​​ザー加工の用途は?

アプリケーション。レーザーは、溶接、クラッディング、マーキング、表面処理、穴あけ、切断などの製造プロセスに使用できます。自動車、造船、航空宇宙、鉄鋼、エレクトロニクス、医療産業で複雑な部品の精密機械加工に使用されています。

レー​​ザー加工に電子ビームは使用されますか?

集束電子の高強度ビームを使用して、材料除去のための熱を供給します。レーザーの高強度ビーム (コヒーレント光子) を使用して、材料を除去するための熱を供給します。

レー​​ザービームを発明したのは誰?

Hughes Research Laboratories の Theodore Maiman と、最初の実用的なレーザー。 Theodore Maiman は 1960 年に Hughes Research Lab で最初の実用的なレーザーを開発し、最初のレーザーの動作を記述した彼の論文は 3 か月後に Nature に掲載されました。

クラス 3 レーザーとは?

クラス 3 レーザーは、中出力レーザーまたはレーザー システムであり、直接ビームが見えないように制御手段が必要です。制御手段は、一次ビームまたは鏡面反射ビームへの眼の露出を防止することに重点を置いています。

LBM は制限ですか?

LBM は、薄い部分と少量の材料が除去される場合にのみ適用されます。穴の大きさの制御が難しい。ドリルで開けた穴はわずかにテーパーが形成されている場合があるため、大きな穴には適していません。

レー​​ザー光線が発明されたのはいつですか?

1958 年 12 月:レーザーの発明。時折、日常生活に革命的な影響を与える科学的ブレークスルーが発生します。この一例は、放射線の誘導放出による光増幅を表すレーザーの発明です。

レー​​ザーは金属を切断できますか?

レーザーは多くの材料を切断することができ、通常、特定の種類の金属 (特に、炭素鋼、軟鋼、ステンレス鋼、合金鋼、アルミニウム) で使用されます。