プラズマ切断機の仕組み：現代金属切断の科学

プラズマ切断は、金属の切断とエッチングの熱的方法です。これは、これらの材料を切断するために利用可能な最新の方法の一つです。プラズマ切断はわずか数十年しか存在せず、精密プラズマ切断（ハイデフまたはファインプラズマ）はわずか15〜20年ほどです。この方法以前には、酸素燃料切断がよく使用されていました。この古い方法は、酸素、アセチレン、後にプロパンを使用して材料を切断します。プラズマ切断は、一度に最大6インチ（約150mm）の材料を切断でき、非常に少ない切り替えで薄い材料を精密に切断できるため、酸素燃料切断を有用性で上回りました。ただし、酸素燃料システムにも依然として用途があります。

なぜプラズマ切断機を使用するのか？

プラズマ切断機は、金属を扱う他の方法よりもはるかに効率的です。プラズマ切断は1960年代に開発されましたが、今日知られている精密切断プロセスに発展するまでには多くの年月を要しました。これは温度を利用して、というより金属を気化させて切断するプロセスです。プラズマカッター技術のメカニズムは紙の上ではシンプルです：ガスまたはガス混合物が、トーチの非常に小さな穴を非常に高速で通過させられ、その際に電流がガスに印加されます。このプロセスにより、非常に仕上がりの良いエッジで切断する微細なプラズマストリームが生成されます。姉妹プロセスである酸素燃料トーチは、はるかに遅く、切断面もそれほどクリーンではありません。

1990年代後半までに、プラズマトーチと技術はさらに向上しました。技術進歩により、ファインプラズマまたは「ハイデフィニション」切断が可能になりました。これらのファインプラズマ切断ツールは、よりシンプルな従来品とは異なり、ハンドヘルドではなく、より大きな精密モーションシステムに取り付けられ、それらが実現できる微細な仕上げと精度を達成します。これらはしばしばコンピュータ数値制御（CNC）プラズマカッターとして知られます。これらは高い精度を提供するツールです。また、精密な制御とキャリブレーションを必要とします。これらのファインプラズマカッターは、複雑な部品を生産する優れた方法を提供します。

プラズマ切断の基礎

プラズマカッターは、材料を切断するためにいくつかの異なるタイプのガスを使用します。酸素、窒素、アルゴン、さらには工場エアもこのプロセスで使用できます。もちろん、プロセスで使用されるのは空気だけではありません。空気は拘束され、電流が通過する際に微小な開口部を通過させなければなりません。温度が十分に高くなると、物質の新しい状態、プラズマ状態に入るため、このプロセスは空気切断ではなくプラズマ切断と呼ばれます。プロセスの電気的性質も重要です。トーチによって生成される電気アークが金属に接触すると、完全な回路が形成されます。物質は高温で高速で移動しており、このプラズマが金属材料を容易に切断できます。プラズマ化するガスに加えて、これらのトーチにはシールドガスもあります。このガスも狭いノズルを通じて押し出されます。完成した切断面を保護するため、シールドガスと呼ばれます。

プラズマカッターの操作

今日のハンドヘルドプラズマカッターは、パイロットアークシステムを備えていることが多いです。これは、電極とノズルの間でアークを使用してプラズマを生成することを意味します。これにより、アークが金属に移る前にプラズマが利用可能になります。これは、以前のハンドヘルドプラズマ切断技術に対する改良です。スワールリングにより、プラズマストリームがカッターから出る際に速く旋回し、よりタイトで均一な流れを提供します。今日のCNC切断は、材料に一切触れることなく、完全にコンピュータによって行われます。事前に描かれた形状がマシンにロードされ、マシンツールがプラズマトーチを通電させながら従うツールパスが作成されます。初期のコンピュータ数値制御カッターは、パンチカードまたはパンチテープシステムを必要としました。今日は、画面上で画像を配置するだけで、速度、一時停止、その他の機能など、非常に小さなディテールをこれらのシステムに入力できます。

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