板金レーザー切断の概要:プロセス、長所と短所、およびアプリケーション

切削加工は、製造部門における部品製造の重要な側面です。金属加工の主な技術の 1 つは、板金のレーザー切断です。金属、合金、非金属の切断に適しています。

板金レーザー切断は、目的の形状が得られるまで材料を溶融または気化させるために、ワークピースに光線 (レーザー) を使用する熱切断プロセスです。この技術は、板金の切断に最も効果的な技術の 1 つです。

この記事では、使用する前に板金のレーザー切断に関する重要な情報を提供します。早速始めましょう。

板金レーザー切断とは?

減法製造プロセスは、部品製造​​用の材料の変更に不可欠です。板金レーザー切断は、ワークピースからコンポーネントを切断および除去するための標準的な方法の 1 つです。この技術では、レーザー光線を使用して材料を切り出します。

レーザー切断技術は、コンピューター数値制御 (CNC) 技術で実行され、非の打ちどころのない精度を実現します。 CNC 切断またはレーザー切断操作の前に、オペレーターは、デザインまたはパターンを詳述するコードまたはプログラムをコンピューターに入力する必要があります。

板金レーザー切断プロセス

金属のレーザー切断では、レーザー ビームを使用して金属や合金を溶かし、滑らかで鋭い切断を行います。レーザー切断プロセスは、同期して機能する 2 つの操作で構成されます。

1つ目は、集束レーザービームを吸収する材料、つまり切断を引き起こすエネルギーに関係します。 2 つ目は、切断に必要なプロセス ガスを提供する、レーザーと同心の切断ノズルです。ガスは蒸気や水しぶきから処理ヘッドを保護し、カーフから余分なものを取り除くのに役立ちます.

板金のレーザー切断には、基本的に 3 つの方法があります。

1.レーザービーム核融合切断

レーザービーム溶融切断プロセスでは、不活性ガス、主に窒素が使用されます。低反応プロセスガスは、材料の切断ギャップを連続的に蒸発させます。溶融材料が除去されると、不活性ガスがプロセスを妨げることなく刃先での酸化を防ぎます。

このレーザー切断方法は、高い美的魅力と少ない仕上げ作業を必要とするアルミニウム合金やステンレス鋼の平らで薄いシートの切断に適しています。

2.レーザー ビーム昇華切断

その名の通りレーザー昇華カットで素材を蒸発させます。他のレーザー切断プロセスのように材料を溶かすのではなく、固体から気体に即座に変化させます (昇華)。

フュージョン切断と同様に、レーザー ビーム昇華切断では、不活性ガスを使用して材料の蒸気を切り口から吹き飛ばします。そのため、刃先に酸化剤はありません。木材、皮革、織物などの有機素材の切断によく使用されます。

3.レーザービーム火炎切断

レーザー ビームの火炎切断では、可燃性ガス (酸素) を使用して溶融材料を押し出します。レーザーはワークピースを加熱し、材料を溶かした後に自然発火させます。酸素ガスは、酸化 (発熱反応) を通じて切断プロセスにより多くのエネルギーを提供します。

フレーム切断は、軟鋼やセラミックなどの可溶材料の切断に最適です。この切断プロセスは、ガスが酸化剤であるため、切断面にやけどを引き起こす可能性があります。プロセス パラメータを適切に最適化することで、バリの形成を防ぐことができます。

板金切断用レーザーの種類

メーカーは通常、材料の切断に 3 種類のレーザーを使用します。各レーザー タイプには特徴があり、特定の材料の切断に最適です。以下は、切断用の 3 種類のレーザーの概要です。

1.ファイバーレーザー

ファイバーレーザー切断機は、切断にグラスファイバーを使用します。それらは強力な精密カットのために非常に高いパワーを生成します。このレーザーは、特殊なガラス繊維によって強化された「シードレーザー」からの固体レーザーのファミリーに属します。

これらのレーザーは、金属から合金、木材、ガラス、プラスチックなどの非金属まで、ほぼすべての材料の切断に適しています。切断以外にも、アニーリングや彫刻などの他の操作に最適です。

さらに、これらは最も耐久性の高いレーザーであり、25,000 時間以上の長い耐用年数を持ち、メンテナンスの必要が少なくなります。

2. CO₂ レーザー

CO₂ レーザーは、主に窒素とヘリウムの不活性ガスの混合物で満たされたチューブに電流を流すことによってレーザー ビームを生成します。効率的で費用対効果が高く、数種類の材料を高速で切断できるため、最も一般的なレーザー形式です。

ただし、ファイバーレーザーに比べて切断力は低くなります。したがって、板金のレーザー切断には適していません。通常、メーカーは木材、紙、アクリルなどの非金属や有機材料の切断に使用することを好みます。

3.結晶レーザー (Nd:YAG または Nd:YVO)

結晶レーザーは、Nd:YAG (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) または Nd:YVO (ネオジムをドープしたイットリウム オルトバナデート、YVO4) 結晶のいずれかからビームを生成します。ただし、後者の方が一般的です。

これらの結晶は、高い切断力を持つビームを生成します。しかし、それらは高価で耐久性がなく、半減期が約 8,000 ～ 15,000 時間と短い.プラスチック、金属、およびセラミックを含む非金属の切断に一般的に採用されています。

板金レーザー切断の 7 つのメリット

板金のレーザー切断が製造部門にもたらすメリットを調べてみましょう。

1.高精度と精度

レーザー切断は、非常に精密であるため、板金切断に適しています。マシンには、非常に正確かつ正確に複雑なカットを行う機能が備わっています。工業的には、レーザー切断は、厳しい公差を必要とする特定の詳細を持つ板金を切断するための頼りになる技術です。

一部のカッターは、最大 0.0005 インチの精度で正確なカットを行うことができます。これが、ほとんどの製造会社で主力製品であり続けている理由です。レーザーは金属部品を溶かすので、カッターはバリをほとんどまたはまったく発生しません。代わりに、きれいで滑らかで鋭いエッジが残ります。

2.自動化されたプロセス

レーザー切断は、コンピューター数値制御 (CNC) システムによって実行されます。技術者がプログラムをコンピューターに入力すると、プロセスは独立して実行されます。したがって、人間の干渉と全体的な労力が少なくて済みます。また、切断効率が向上したため、エラーの余地はほとんどまたはまったくありません。

3.損害防止

金属をレーザー切断すると反りが生じるという誤解があります。しかし、それは真実ではありません。レーザー切断による熱は、材料のごく一部に影響を与えるだけで、公差には影響しません。

さらに、レーザー切断プロセスは迅速です。レーザーで加熱し、除去する部分を溶かします。そのため、熱は材料の他の部分に大きな影響を与えません。ほとんどの場合、素材に歪みやゆがみはありません。

4.ほとんどの素材に対応

このサブトラクティブ製造法のもう 1 つの重要な利点は、さまざまな材料を使用できることです。銅、アルミニウム、ステンレス、チタンなど、あらゆる素材を簡単に切断します。結局のところ、非常に高い温度でレーザーを使用して材料を溶かす必要があります。

5.比較的低コスト

確かに、レーザー切断機は高価です。ただし、他のCNCマシンと比較すると、費用対効果が高くなります。さらに、それはすべての人にとって単一の機械です。つまり、単一のレーザー切断機はすべての切断作業に理想的です。さまざまな切断操作のために機械を改造する必要はありません。

さらに、それは耐久性があります。このデバイスは、切断する材料と接触しないため、摩擦や表面の摩耗がほとんどまたはまったくありません。また、複数の部品がないため、メンテナンスやサービスの必要性が少なくなります。一般に、レーザー カッターを使用すると、他の従来の製造ツールに比べて運用コストが削減されます。

6.高い汎用性

レーザー切断はほとんどの材料と互換性があるだけでなく、このプロセスは非常に用途が広いです。他のデバイスとは異なり、単純な切断から複雑な切断、厳しい公差や複雑な設計を必要とするものまで、いくつかの切断機能にレーザー カッターを使用できます。この機能により、ほとんどの業界で優れた選択肢となります。

7.低エネルギー消費

実際、レーザー カッターは、切断中に材料を効果的に加熱して溶かすための電力を必要とします。ただし、切断技術は他の切断方法よりもエネルギー効率に優れています。

さらに、他の機械とは異なり、可動部品が少ないため、必要なエネルギーが少なくなります。また、マシンの高速性により、迅速な切断が可能になり、時間とエネルギーを節約できます。

板金レーザー切断の短所

板金レーザー切断の主な欠点は次のとおりです。

1.技術オペレーターが必要

レーザー切断機を効果的に使用するには、そのすべての機能を理解し、問題を迅速に特定して適時に適切な修正を行うことができる専門家が必要です。デバイスを正しくセットアップしないと、材料やマシン自体が損傷する可能性があります。したがって、レーザー切断サービスを実行したい場合は、専門家を雇う必要があります.

2.金属の厚さの制限

レーザー カッターは、ほとんどの材料、特に板金との優れた互換性を備えています。ただし、厚い金属を扱う場合は、他の切断技術を検討することもできます。ほとんどの製造業では、レーザー カッターは、最大厚さ 15 mm のアルミニウム シートと鋼の場合は 6 mm を切断します。

3.有害な煙やガスの放出

レーザー切断には、熱を使用して切断した材料を溶かすことが含まれることを確立しました。機械が各材料を溶かすと、有害な煙やガスが環境に放出されます。したがって、換気の良い部屋でこれらのマシンを使用することをお勧めします。

4.高い初期投資

高品質のレーザー カッターを調達するための費用は高額です。これは 2000 ドル以上で、ウォーター ジェット カッターなどの他の切断機のほぼ 2 倍の価格です。レーザー カッターでビジネスを運営するには、先行投資を行う準備ができている必要があります。

部品のレーザー切断に関する重要なヒント

パーツのレーザー切断の精度と品質の仕様を満たすには、次のガイドラインに従ってください。

1.適切な素材を選ぶ

どの製造工程においても、材料の選択は不可欠です。部品に選択する材料は、最終製品に必要な特性によって異なります。アルミニウムや亜鉛などの金属板に加えて、プラスチックやその他のポリマーも、ニーズに応じて部品製造に適したオプションです。メーカーが材料を選択する際に求める特性には、柔軟性、可鍛性、延性、剛性などがあります。

2.ベクターファイルを作成するソフトウェアでデザイン

レーザー切断機は、ベクター ファイルのみを処理します。したがって、Adobe illustrator などのソフトウェアを使用して、デザインをベクトル化してください。これらのファイルには、.ai、.step、.eps などの形式があります。

3.カーフを覚えておいてください

カーフとは、レーザービームがワークピースに焦点を合わせたときに蒸発する材料の部分です。パーツを設計するときは、カーフを設計に組み込む必要があります。

4.詳細は金属の厚さよりも小さくすべきではありません

金属の厚さは、レーザー切断サービスで考慮すべき重要な要素です。金属板が厚いほど、レーザーが貫通する可能性は低くなります。

5.切断線間の最小距離

レーザー切断の最良の結果を得るには、適切な間隔が不可欠です。板金レーザー切断の最小距離は、材料の厚さに等しくなければなりません。たとえば、2 mm の金属板を切断する場合、2 mm のスペースを残す必要があります。

レーザー切断部品の用途

以下は、レーザー切断の用途です。

1.医療機器

台車、ベッド、手術器具、整形外科用ピン、ロッドなどには、すべてレーザー カットされた金属が含まれています。現在、多くの手術器具が 3D プリントされていますが、レーザー切断はそれらを製造するための頼りになる技術です。

2.ジュエリー制作

ほとんどのジュエリー デザインには、レーザー カッターで簡単にマッピングできる複雑なデザインが含まれています。多くの場合、ジュエリーは薄い素材でデザインされています。したがって、レーザー切断はジュエリー製作に適しています。

3.インテリアデザイン

レーザーカットされた板金は、部屋の全体的な外観を改善し、より多くのスペースを作成するのに役立つ部屋の仕切りに最適です。レーザー切断の精度とメーカーの創造性を活用することで、部屋に必要なカスタムの外観を実現できます。

4.航空宇宙産業

寸法精度が高いため、航空宇宙産業はレーザー切断技術の最も重要なユーザーの 1 つです。航空機のほとんどの部品や、金属探知機、トロリー、コンベヤなどのその他のデバイスは、製造中に何らかの切断作業を受けます。

結論

結論として、板金レーザー切断を包括的に理解する必要があります。これは、大量生産や高い寸法精度が要求される部品を製造するための高度な製造プロセスです。この方法を製造ニーズに適用するかどうかを決定できます。

高品質のレーザー切断サービスを保証する会社と提携したい場合は、WaKen の板金切断サービスがあなたの製造に必要なものです。私たちは、迅速な製造とカスタム生産のための一流の板金加工サービスを提供する ISO 認定企業です。板金・曲げ・プレス・溶接などあらゆる加工ニーズにお応えします。

よくある質問

レーザー カッターは材料にダメージを与えますか?

いいえ。多くの人は、レーザー切断の高温が材料を損傷する可能性があると考えています.ただし、レーザー カッターは正確で信じられないほどの速度で動作するため、ビームは切断しようとしている部分だけを溶かします。また、高速であるため、材料が長時間高温にさらされることがありません。

板金部品のレーザー切断機を外部委託するか、入手する必要がありますか?

レーザー切断技術は、さまざまな製造作業に不可欠です。これは、ほとんどの材料、特に板金の切断に適した非常に効果的なプロセスです。

小規模な製造サービスを運営している場合は、切断作業を外部委託することをお勧めします。つまり、レーザー切断のニーズに合わせてサービスを雇う.コストを削減し、生産の他の側面に振り向けることができます。レーザー切断と板金加工のニーズについては、Waken にお問い合わせください。

レーザー切断以外に、自分のプロジェクトに選択できる他のプロセスは何ですか?

レーザー切断は、工業生産のための唯一の高精度切断方法ではありません。製造にレーザー カッターを使用しないことを選択する必要がありますか?それとも、金属シートに形状を切り出す方法について競合する必要がありますか?以下は、製造要件に合わせて選択できる優れた代替品です。

• EDM – 放電加工
• ウォーター ジェット切断
• CNC フライス加工
• パンチ