精密工業切断のためのトップ3レーザータイプ

レーザー切断は1960年代から存在していますが、産業プロセスでの用途が拡大しているため、今でもかつてないほどの関連性を持っています。この非接触プロセスは、一定の光ビームを用いて熱と圧力を生み出し、カッティングヘッドが材料表面を移動するにつれて、精度よく様々な材料を再形成・変形させます。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の主要構成材料、作用対象の材料に応じて、切断、穴あけ、彫刻など多様な機能を果たします。レーザー切断は、板金部品を作る主要プロセスの一つです。

各レーザーは連続波長を提供し、多様な目的に対応できます。レーザーには3つのタイプがあります：CO2（ガスレーザー）、ファイバーレーザー、Nd:YAGまたはNd:YVO（バナジウム酸化物結晶レーザー）。それぞれ異なる基材を用いて、ガス混合物で電気的に、または物理的ダイオードを通じてレーザーを励起します。

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、光ビームを生成します。チューブの両端にはミラーがあり、一方は完全反射、もう一方は部分反射で一部の光を通します。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領域にある不可視光を生成します。

産業用マシンの最高出力CO2レーザーは複数キロワットに達しますが、これらは例外中の例外です。一般的な加工用CO2レーザーは25〜100ワットの出力で、波長は10.6マイクロメートルです。

このタイプのレーザーは、木材や紙（およびそれらの派生品）、ポリメチルメタクリレートやその他のアクリルプラスチックの加工に最も一般的です。また、皮革、布、壁紙、類似製品の加工にも有用です。チーズ、栗、各種植物などの食品加工にも適用されています。

CO2レーザーは一般的に非金属材料に最適ですが、特定の金属も加工可能です。一般的に薄いアルミニウム板やその他の非鉄金属を切断できます。酸素含有量を増やしてCO2ビームの出力を高めることもできますが、経験の浅い手や不適切なマシンではリスクを伴います。

ファイバーレーザー

このクラスのマシンは固体レーザーグループに属し、シードレーザーを使用します。ポンプダイオードからエネルギーを得る特別に設計されたガラスファイバーを用いてビームを増幅します。一般的な波長は1.064マイクロメートルで、極めて小さな焦点径を生み出します。また、様々なレーザー切断装置の中で通常最も高価です。

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レーザー時間の長寿命を誇ります。したがって、他の2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。同じ平均出力で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、準連続、パルス設定が可能で、多様な機能性を提供します。ファイバーレーザーシステムのサブタイプの一つにMOPAがあり、パルス持続時間が調整可能です。これによりMOPAレーザーは最も柔軟性の高いレーザーの一つとなり、複数の用途に使用できます。

ファイバーレーザーは、焼きなましによる金属マーキング、金属彫刻、熱可塑性プラスチックのマーキングに最適です。金属、合金、非金属（ガラス、木材、プラスチックを含む）に対応します。出力に依存しますが、ファイバーレーザーはかなり汎用性が高く、大量の異なる材料を処理できます。薄い材料の加工ではファイバーレーザーが理想的なソリューションですが、20mmを超える材料ではその限りではありません。ただし、6kW以上のより高価なファイバーレーザーマシンなら対応可能です。

Nd:YAG/Nd:YVOレーザー

結晶レーザー切断プロセスにはNd:YAG（ネオジム添加イットリウムアルミニウムガーネット）が使用できますが、より一般的にはNd:YVO（ネオジム添加イットリウムオルソバナデート、YVO4）結晶が用いられます。これらの装置は極めて高い切断出力を実現します。これらのマシンの欠点は、初期価格だけでなく、寿命が8,000〜15,000時間（Nd:YVO4は通常より短い）で、ポンプダイオードのコストも非常に高額になることです。

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・歯科から軍事・製造まで幅広い用途に有用です。2つを比較すると、Nd:YVOはより高いポンプ吸収と利得、より広い帯域幅、ポンピング用のより広い波長範囲、より短い上準位寿命、より高い屈折率、より低い熱伝導性を示します。連続動作の場合、中〜高出力ケースではNd:YVOはNd:YAGと全体的に類似した性能レベルを示します。しかし、Nd:YVOはNd:YAGほど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くなります。

これらは金属（コートあり・なし両方）と非金属（プラスチックを含む）の両方に使用できます。特定の条件下では、一部のセラミックも加工可能です。Nd:YVO4結晶は高NLO係数結晶（LBO、BBO、KTP）と組み込まれ、近赤外から緑、青、さらにはUVへ出力を周波数シフトさせることができ、非常に多様な機能を持ちます。

イットリウム、ガドリニウム、ルテチウムイオンはレーザー活性希土類イオンに置き換え可能で、ビーム生成に必要な格子構造を強く影響せずに維持できます。これにより、ドープ材料の高い熱伝導性が保たれます。