金属部品の精密さ、清潔さ、迅速さが求められる場合、従来の切削工具では不十分な場合があります。多くの企業が、遅い加工時間や雑な仕上げによる遅延やコスト上昇に直面しています。ファイバーレーザー切断は、このような問題の解決に役立ちます。集光された光を使用して、金属を素早く、きれいに、正確に切断します。
この記事では、ファイバーレーザー切断について説明します。ファイバーレーザーがどのように機能するのか、なぜ人気があるのか、どこに最適なのかがわかります。
ファイバーレーザー切断とは？
ファイバー・レーザー切断は、高出力のレーザー・ビームを使用して金属を切断するプロセスである。ビームは光ファイバーケーブルから照射され、集光された光が表面の小さなポイントに照射される。その光は、材料が溶けるか蒸発するまで加熱する。窒素や酸素などのガスが溶けた材料を吹き飛ばす。これにより、きれいで狭い切り口が残る。
コンピューターがレーザーを制御する。ノートパソコンはデザインファイルに従って金属にビームを導く。これにより、高い精度と再現性が得られる。ファイバー・レーザーは効率的です。古いタイプのレーザーよりも消費電力が少ない。また、寿命も長く、メンテナンスの必要も少ない。
ファイバー・レーザー切断の仕組み
ファイバー・レーザーは、光ファイバー・ケーブル内の原子をダイオードで励起することで光を発生させる。この光はファイバー内に蓄積され、増幅される。その結果、非常に集光された強力なレーザービームが得られます。このビームの波長は、金属、特にアルミニウムや真鍮のような反射するタイプの金属を切断するのに理想的です。
このビームは小さなスポットに高エネルギーを供給する。金属が溶融、燃焼、気化するまで加熱する。その後、ガスの流れが溶けた金属を取り除きます。
ファイバーレーザーカッターの構成要素
ファイバー・レーザー切断システムには、互いに連動するいくつかの重要な部品がある。
レーザー光源
ここでレーザービームが作られる。レーザーダイオードを使用して光を生成し、光ファイバーケーブルで昇圧します。光はファイバー内を進むにつれて強くなり、焦点が絞られる。
ビームデリバリーシステム
ビームは光ファイバーを通ってカッティングヘッドに届く。このシステムは密閉されており、メンテナンスはほとんど必要ない。ミラーや可動部品を使用することなく、安定した高出力の照射が可能です。
カッティングヘッドとノズル
カッティングヘッドはビームを小さなスポットに集束させる。レンズまたはレンズ群がこれを行います。レンズの下にあるノズルは、切断部分にガスを送ります。このガスが溶けた材料を取り除き、切断部をきれいに保ちます。
CNCコントローラーとソフトウェア
CNCシステムは機械の動きを制御する。デジタル図面に従ってレーザーをガイドする。ソフトウェアが、どこでどのように切断するかを機械に指示する。速度、パワー、ガスフローを制御する。
光ファイバー伝送の説明
レーザービームはフレキシブルな光ファイバーケーブルを通って進む。これは従来のミラーやレンズに代わるものです。光ファイバーは耐久性に優れ、位置がずれることはない。低エネルギー損失で高出力伝送が可能です。このため、システム全体がコンパクトで効率的なものとなる。
切断プロセスにおけるアシストガスの役割
アシストガスは、溶融材料の除去に役立ちます。また、切断速度や刃先の品質にも影響します。ガスの選択は、材料と必要な仕上げによって決まります。
窒素
窒素は、酸化物のないきれいなエッジが必要な場合に使用される。金属とは反応しません。塗装が必要なステンレスやアルミニウムの部品に最適です。 溶接 後ほど。
酸素
酸素は金属と反応することで、より速い切断をサポートする。この反応は余分な熱を与え、切断速度を高める。軟鋼によく使われる。欠点は、酸化したエッジが残ることだ。
空気
空気は低コストの選択肢だ。窒素と酸素の両方を含んでいる。エッジの品質が重要でない基本的な切断に適しています。エア切断は、特に大量の作業において、ガスコストを削減します。
ファイバー・レーザーで切断できる材料は？
ファイバー・レーザーは多くの材料を扱いますが、他のものよりもうまく機能するものもあります。切断できるものとできないものを見てみましょう。
一般的に加工される金属
ファイバーレーザーは金属の切断に優れています。無駄を最小限に抑え、きれいなエッジを提供します。
ステンレス・スチール
ファイバーレーザーはステンレスを滑らかに切断します。医療機器、厨房機器、工業部品に効果的です。熱影響部が小さいため、反りが少ない。
炭素鋼
これはファイバー・レーザーにとって最も簡単な金属です。薄い炭素鋼も厚い炭素鋼も素早く切り裂きます。自動車フレーム、機械、建設部品に最適です。
アルミニウム
アルミニウムは光を反射するので、よりやっかいです。しかし、ファイバーレーザーはCO₂レーザーよりもそれをうまく扱います。航空宇宙部品、電子機器、自動車部品に使用されている。
真鍮と銅
これらの金属は反射率が高いため、切断には高い出力が必要です。ファイバー・レーザーはまだ機能しますが、速度が遅いため、余分な熱の蓄積を避けることができます。
非金属材料の制限
ファイバー・レーザーは、木材、アクリル、ガラスと格闘する。これらの材料は不均一に燃えたり溶けたりします。CO₂レーザーはそれらによりよく働きます。
材料厚の能力
より薄い材料をより速く、よりきれいに切断します。ファイバーレーザーの取り扱い
- 20mmまで 炭素鋼用
- 12mmまで ステンレス鋼用
- 10mmまで アルミニウム用
ファイバーレーザーの切断結果に影響を与える設定とは？
きれいで正確なカットを行うには、主要な機械設定を調整する必要があります。これが最も重要なことです：
レーザー出力（ワット）
パワーが大きいと厚い材料も速く切れる。しかし、パワーが強すぎると薄いシートが焼けることがある。典型的な範囲：
- 500W-1kW 薄い金属用 (<3mm)
- 2kW-6kW 中厚用（3～10mm）
- 8kW以上 厚板用 (>12mm)
切断速度
より速いスピードは薄い素材に有効です。厚い金属には、完全に貫通させるためにより遅い速度が必要です。スピードの例
- 10m/分 1mmステンレス鋼用
- 2m/分 8mm炭素鋼用
フォーカルポイント ポジション
レーザーの焦点は、材料の厚みに合わせる必要がある：
- 水面上 薄いシート用
- 表面上はミディアムカット用
- 水面下 厚板用
アシストガスの種類と圧力
ガスが溶けた金属を吹き飛ばし、エッジをきれいにする：
- 窒素（N） - 酸化を防ぐ（ステンレス、アルミニウムに最適）
- 酸素（O） - 燃焼によって熱を加える（炭素鋼の切断が速くなる）
- 圧縮空気 - 重要でないカットのための低価格オプション
ノズルサイズと距離
小さいノズル（1～1.5mm）は薄い材料を正確にカットします。大きいノズル（2～3mm）は厚い板材に対応します。材料から0.5～1.5mm離してください。
パルス周波数（パルスレーザー用）
高い周波数（500～5,000Hz）は薄い金属に有効。低い周波数（50～500Hz）は厚い素材に有効。
ファイバーレーザー切断の主な利点
ファイバーレーザー切断は、スピード、精度、コスト削減を求めるショップに多くのメリットをもたらす。切断工程全体の効率が向上します。
高い切断速度
ファイバー・レーザーは、特に薄い金属から中程度の厚さの金属において、CO2やプラズマ・システムよりも速く切断します。ファイバー・レーザーの集光ビームは、小面積により多くのエネルギーを供給します。
エネルギー効率の向上
ファイバー・レーザーは、電気エネルギーを高効率でレーザー光に変換する。電力のほとんどは熱ではなくビームに使われます。そのため、電気代が安くなり、冷却の必要性も減ります。
メンテナンスの軽減
ファイバー・レーザーは可動部分が少ない。ミラーやガス封入チューブも必要ない。ビームは光ファイバーを通り、密閉されたクリーンな状態を保ちます。
優れたエッジ品質と精度
ビームは非常に細く安定している。バリを最小限に抑え、シャープできれいなエッジを作ります。穴や輪郭は高精度でカットされます。後加工はほとんど必要ありません。
コンパクトな機械設計
ファイバーレーザーシステムは、旧式のレーザー加工機よりも小型である。光ファイバーは、ミラーベースのビーム経路よりも場所を取りません。このコンパクトな設計は、床面積を節約します。
環境に優しいカッティング
ファイバーレーザー切断は、使用するエネルギーが少なく、廃棄物も少ない。プラズマやオキシ燃料のように材料を燃やすこともありません。よりクリーンなプロセスは、煙や排出物が少ないことを意味します。
制限と考慮事項
ファイバーレーザー切断には多くの利点がありますが、完璧ではありません。いくつかの課題は、セットアップ、コスト、部品の品質に影響します。
反射材の課題
真鍮や銅のような反射率の高い金属は、レーザービームを反射することがあります。これにより、切断が不安定になったり、機械が損傷したりすることがあります。最新のファイバーレーザーは、CO2レーザーよりも反射をうまく処理しますが、それでもリスクは存在します。
初期設備投資
ファイバーレーザーカッターを購入するには、他の切断ツールよりも初期費用がかかります。高出力システム、自動化、ソフトウェアが価格に上乗せされる。
安全要件
ファイバー・レーザーは、適切な安全対策を講じないと危険です。ビームは目に見えず、強力です。皮膚を火傷させたり、目を損傷させたりする可能性がある。マシンには十分な遮蔽が必要です。
ビーム品質
ファイバーレーザーのビームは非常に集光性が高い。これは精密な加工には適していますが、厚い材料には厄介な場合があります。セットアップが適切でないと、カットにテーパーが出たり、エッジが粗くなったりします。
ファイバーレーザー切断の用途
ファイバーレーザー切断は多くの産業で使用されています。ファイバーレーザーは、精密で再現性の高い部品を短納期で製作するのに役立ちます。
自動車産業
ファイバーレーザーは身体の切断に使用される パネル, 括弧および構造部品。高速できれいなエッジは、自動車組立ラインでの生産要求に応えます。
航空宇宙・防衛
航空宇宙部品は、高い精度ときれいな仕上げが要求されます。エンジン部品、機体要素、構造支持体の切断に使用される。
医療機器製造
医療業界では、ファイバーレーザーを使用して、小さく詳細な部品を切断します。これには、手術器具、インプラント部品、およびハウジングが含まれます。きれいなエッジと厳しい公差は、厳しい規制基準を満たしています。
電子機器と筐体
ファイバーレーザーは、電子部品やデバイスの筐体に使用される薄い金属を切断します。これらは、ブラケット、シールド、および筐体のための複雑な設計を扱います。 エンクロージャー.
ファイバーレーザーカッターの選び方
適切なファイバーレーザーカッターを選択するかどうかは、どのような部品を作るか、どのような材料を切断するか、どのくらいの速度で作業するかによって決まります。
材質と厚さ
切る予定のものから始めましょう。薄い材料はより少ないパワーで済みます。厚い板は6kW以上必要かもしれません。反射する金属を扱う場合は、機械がそれらを安全かつ効率的に扱えることを確認してください。
パワーとスピード
より高い出力でより速く切断し、より厚い金属を扱います。一般的な板金加工では、3kWから6kWでほとんどのニーズに対応できる。ワット数が高いほどコストは高くなりますが、生産速度も速くなります。
ベッドサイズ
あなたの最も重要な部分に合ったベッドサイズを選びましょう。標準的なサイズは、4'×8'または5'×10'です。ベッドが大きいと、一度に多くの部品を切断することができます。そのため、効率が向上し、材料の無駄が減ります。
ファイバーレーザー技術とCO2レーザーの違いは？
最も大きな違いは、レーザービームの発生方法と照射方法である。
レーザー光源
ファイバー・レーザーは、固体光源と光ファイバーを使用する。 CO2レーザー 混合ガスとミラーを使ってビームを導く。
波長
ファイバーレーザーは約1.06ミクロンで動作します。CO2レーザーは10.6ミクロンで動作します。金属はファイバーレーザーの光をよりよく吸収するため、ファイバーレーザーは金属の切断により効果的です。
切削速度と電力効率
ファイバー・レーザーは金属をより速く切断し、より少ない電力を使用する。よりエネルギー効率が高く、ランニングコストも安い。
メンテナンス
ファイバーレーザーは可動部品が少なく、保守の必要が少ない。CO2レーザーは、定期的なアライメントが必要で、より多くの部品があります。
素材の柔軟性
CO2レーザーは、木材、プラスチック、ガラスなどの非金属に適しています。ファイバーレーザーは金属、特に銅やアルミニウムのような反射性の金属に最適です。
結論
ファイバー・レーザー切断は、高速、高精度、費用対効果の高い金属加工方法である。光ファイバーを通して送られる高出力のレーザービームを使用して、さまざまな金属を迅速かつ正確に切断します。この方法は、きれいなエッジ、高効率、低メンテナンスを提供します。信頼性の高い結果と安定した部品品質を必要とする産業に最適です。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
