製造業者は、金属やその他の素材に、鮮明で長持ちするマークを必要としています。浅い彫刻で作られたマークは、すぐに色あせたり摩耗したりすることがよくあります。これは、製品の追跡、ブランドアイデンティティの維持、法規制への対応に問題を引き起こす可能性があります。ディープレーザー彫刻は、摩耗に耐えるシャープで永続的なマークを作成することで、これらの問題を解決します。
この技術は産業用としても明確なメリットをもたらす。もう少し詳しく見てみよう。
ディープレーザー彫刻とは？
ディープレーザー彫刻は、集光されたレーザービームが材料の層を除去し、表面下にマークを作成するプロセスです。レーザーは熱を発生させ、材料を気化させ、通過するたびに深く切断します。素材や設定により、数ミクロンから数ミリの深さまで彫刻することができます。
深さを増すことで、これらの彫刻は摩耗、腐食、色あせに強くなります。そのため、深みのあるレーザー彫刻は、識別コード、シリアル番号、安全情報など、何年も読み取り可能な状態を維持する必要がある場合によく使用されます。また、高コントラストのロゴや装飾パターンを作成することもでき、頻繁に取り扱った後でもシャープな状態を保つことができます。
対照的に、表面彫刻は材料の表層にのみ影響を与える。これらの浅いマークは、最初は鮮明に見えるかもしれませんが、摩耗、化学物質、または熱にさらされるとすぐに摩耗します。ディープレーザー彫刻は表面の下にまで浸透し、マークに真の強度と耐久性を与えます。
深彫りレーザー彫刻の基本原則
ディープレーザー彫刻は、層を重ねるごとに材料を除去することによって、永続的なマークを作成します。パワー、スピード、フォーカスのバランスがとれているときに最も効果的です。
レーザーと材料の相互作用の科学
レーザービームは光エネルギーを凝縮したものだ。それが物質に当たると、エネルギーは吸収されて熱に変わる。この熱は、表面層を溶かしたり、蒸発させたり、除去したりする。パルスを繰り返すと、レーザーはより多くの材料を除去し、彫刻を形成する空洞を作ります。
レーザーエネルギーに対する材料の反応はさまざまです。ステンレス鋼やアルミニウムのような金属は光を多く反射するため、より深く切断するにはより高い出力が必要です。プラスチック、セラミック、コーティングされた表面はエネルギーの吸収が異なるため、彫刻の速度と深さが変わります。
彫刻における深さ制御と精度
彫刻の深さは、レーザーの設定を調整することによって制御される。出力、パルス周波数、速度、焦点は、レーザーが材料に切り込む範囲を決定します。速度が遅く、出力が高いほど、ビームが表面に長くとどまり、より多くの層を除去することができる。また、複数のパスを行うことで、材料を損傷することなく深さを増すことができる。
精度は、プログラムされたパスに沿ってレーザーをガイドするコンピュータ制御システムから得られます。製造業者は、微細なテキスト、詳細なパターン、および読み取り可能なままの小さなコードを彫刻することができます。最新の装置は、ミクロン単位の公差を制御できるため、一貫性を必要とする業界に高い精度を提供します。
深彫り用レーザーシステムの種類
深彫り彫刻にはさまざまなレーザーシステムが使用され、それぞれ特定の素材や用途に適した強みがある。レーザーの選択は、彫刻の速度、深さ、品質に影響します。
ファイバーレーザー
ファイバーレーザーは、金属への深い彫刻に最も一般的な選択肢です。ファイバー・レーザーは、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタンなどの金属によく吸収される、波長の短い高エネルギー・ビームを生成します。
ファイバーレーザーは効率的で、耐用年数が長い。精度を維持しながら素早く彫刻することができます。また、浅い表面マークから、何年使用しても読み取り可能な深いカットまで、幅広い彫刻深さに対応します。
CO₂レーザー
CO₂レーザーはより長い波長を使用し、非金属材料に最適です。プラスチック、木材、ガラス、セラミック、コーティングされた表面などに効果的です。コーティングや処理を施した特定の金属を彫刻することができますが、ファイバー・レーザーと比較すると、裸の金属にはあまり効果的ではありません。
深い彫刻のために、CO₂レーザーは有機材料をマーキングするのに最適です。これらは、ブランディング、ラベリング、および非金属製品の装飾パターンに一般的に使用されます。これらのレーザーは、滑らかなエッジと詳細なデザインを作成し、重金属用途以外でも人気があります。
紫外および緑色レーザー
紫外および緑色レーザーは、非常に微細で、熱の影響を最小限に抑えるように設計されています。波長が短いため、プラスチック、ガラス、半導体、一部のコーティングされた金属などの繊細な材料に適しています。
これらのレーザーは、スピードや深さよりも精度に重点を置いています。素材によってはより深く彫ることができますが、その主な強みは、高い鮮明度を持つ微細な彫刻を作成することです。
深彫りレーザー彫刻のワークフロー
一貫したワークフローは、高品質で再現性のある彫刻を生み出す鍵です。各工程を入念にフォロースルーすることで、最良の結果が得られます。
デザインの準備とファイルのセットアップ
このプロセスは、デジタル・デザイン・ファイルを準備することから始まります。このファイルには、テキスト、シリアル番号、バーコード、ロゴなどを含めることができます。DXF、AI、またはSVGのようなベクターベースのフォーマットは、形状や線を正確に制御できるため、一般的に使用されています。
デザインの準備ができたら、レーザー制御ソフトウェアにインポートする。彫刻の深さ、線間隔、塗りつぶしパターンなどのパラメータが設定されます。適切なセットアップにより、デザインは歪みなく正確に素材に転写されます。
マシンのキャリブレーションとセットアップ
彫刻を開始する前に、機械を較正する必要があります。オペレーターは、材料の種類と厚さに応じて、レーザーの焦点、出力、速度を調整します。正しい焦点は、ビームが最大の強度で表面に当たることを保証し、深さと効率を向上させます。
その後、ワークが動かないように固定される。特に大量生産では、固定具、クランプ、または特注の治具を使用することが多い。このステップは、一貫性を維持し、彫刻中のエラーを回避するのに役立ちます。
マルチパス彫刻技術
深い彫刻には通常、複数のパスが必要です。各パスは材料の薄い層を除去し、レーザーが熱による損傷を引き起こすことなく、より深く切断できるようにします。複数のパスはまた、シャープなエッジを維持し、表面の亀裂を防ぐのに役立ちます。
深さとディテールを洗練させるために、パス間で設定を調整することができる。例えば、初期のパスでは高出力と低速を使用し、仕上げでは低出力と高速を適用することができる。このアプローチにより、深みと表面品質の両方が向上します。
後処理と表面処理
彫刻後に後処理が必要になることが多い。クリーニングは、レーザーによって残された破片、すす、酸化層を除去する。一般的な方法には、ブラッシング、超音波洗浄、圧縮空気などがある。
アプリケーションによっては 表面処理 コントラストを強調したり、刻印を保護したりする。オプション 研磨, 絵画, 陽極酸化処理または保護コーティング。金属の場合、化学処理によって刻印が濃くなり、読みやすくなります。
レーザー深彫りに適した素材
深みのあるレーザー彫刻はさまざまな素材に対応しますが、素材の選択は深さ、速度、全体的な品質に影響します。長持ちし、読みやすいマークを作成するのに適した素材も当然あります。
金属
- スチール（ステンレスを含む）
- アルミニウム
- チタン
- 真鍮
- 銅（特定の設定あり）
プラスチックとポリマー
- アブソリュート
- デルリン（POM）
- ポリカーボネート
- アクリル（PMMA）
- 一部のエンジニアリング・プラスチック
陶磁器とガラス
- 陽極酸化アルミニウム
- セラミック・タイル
- ガラス（ひび割れを防ぐため、セッティングをコントロールする必要がある）
- 石と大理石
特殊素材と複合材料
- 炭素繊維複合材料
- コーティング金属
- ラミネート・プラスチック
- テクニカル・セラミックス
ディープレーザー彫刻の利点
深部レーザー彫刻には、永久的なマークを作成する信頼できる方法となるいくつかの利点があります。その耐久性、精度、汎用性により、永続的な識別とブランディングを必要とする業界全体で重宝されています。
耐久性
レーザーは表面下を切断するため、マークは摩耗、腐食、色あせに強い。熱、摩擦、化学薬品にさらされる過酷な環境でも、読み取り可能な状態を維持します。シリアル番号、安全ラベル、バーコードは何年も使用でき、トレーサビリティとコンプライアンスをサポートします。
非接触プロセス
ディープレーザー彫刻は非接触方式です。レーザーは材料に物理的に触れないため、工具の摩耗や機械的ストレスがありません。これにより、特に薄い部品やデリケートな部品が損傷するリスクが軽減される。また、航空宇宙、電子機器、医療用途で重要な汚染の可能性も低くなります。
高精度
レーザーシステムは優れた精度を提供します。コンピュータ制御のパスにより、詳細なデザイン、小さな文字、シャープなエッジが可能になります。この精度により、拡大しても鮮明なままの複雑なパターンやマイクロコードを彫刻することができます。厳しい公差が要求される部品や、高品質のブランディングに最適です。
柔軟性
ディープレーザー彫刻は、金属、プラスチック、セラミック、複合材など、さまざまな素材に対応します。浅い装飾デザインから深い工業用彫刻まで、さまざまな深さのマークを作成できる。同じシステムでロゴ、シリアル番号、または機能的なマークを扱うことができるため、幅広い業界に適応する。
ディープレーザー彫刻の主要パラメーター
深いレーザー彫刻の品質と深さは、いくつかの重要なパラメータに依存しています。これらの要素を正しく調整することで、オペレーターはシャープで耐久性があり、さまざまな材料で一貫した結果を得ることができます。
レーザーパワー
レーザー出力は、彫刻の深さを制御する主な要因です。出力が高いほど、1パスあたりにより多くの材料を除去し、より深い彫刻を作成します。しかし、出力が高すぎると、過剰な熱が発生し、表面が損傷したり、反ったりする可能性がある。オペレーターは、品質を維持しながら希望の深さに到達するために、出力と速度およびパス数のバランスをとる。
レンズ
レンズはレーザービームを材料に集光します。高品質のレンズは、ビームを正確なスポットに集光します。レンズによって焦点距離が異なり、深さと解像度に影響します。焦点距離が短いと、ディテールは細かくなるが彫りは浅くなり、焦点距離が長いと、ディテールはやや落ちるが深いカットが可能になる。レンズの選択は、細部と深度のどちらを優先するかによって決まる。
スキャン速度
スキャン速度は、レーザーが表面を移動する速度を決定する。速度が遅いと、ビームが材料に接触している時間が長くなり、1パスでより多くの層を除去できます。より速い速度は深さを減少させますが、生産性を向上させます。深い彫刻の場合、オペレーターは通常、きれいで正確な結果を得るために低速度と複数のパスを使用します。
線幅
線幅とは、各彫刻線の間隔と太さのことです。線幅が狭いと、細部まで彫ることができますが、奥行きを出すために多くのパスが必要になる場合があります。線幅を広くすると、より早く材料を除去できますが、小さな文字や複雑な模様の場合、鮮明さが損なわれることがあります。線幅を調整することで、ディテール、深さ、彫刻時間のバランスをとることができます。
業界を超えたアプリケーション
深レーザー彫刻は、永久的で高品質のマーキングが必要な多くの産業で使用されています。その汎用性により、機能的な目的にも装飾的な目的にも役立ちます。
自動車
自動車業界では、深部レーザー彫刻はVINプレート、エンジン部品、安全ラベルに使用される。これらのマークは、熱、摩擦、化学薬品に耐える必要があります。深彫り彫刻は、シリアル番号および部品識別子が自動車の寿命まで読み取り可能であることを保証します。また、金属トリムや装飾部品のロゴなどのブランディングにも使用されます。
ジュエリー
ジュエリー・メーカーは、ゴールド、シルバー、プラチナ、チタンの作品に詳細な模様やロゴ、シリアルナンバーを加えるために、ディープ・レーザー彫刻を使用します。このプロセスは、デリケートな表面を傷つけることなく、正確できれいな彫刻を施します。また、小さな表面のカスタマイズも可能で、パーソナライズされたデザインやブランディングが可能になります。
医療機器
医療機器には、トレーサビリティと規制遵守のために永久的なマーキングが必要です。深いレーザー彫刻は、手術器具、インプラント、医療機器に適用されます。このマークは、滅菌や使用を繰り返しても鮮明に残り、安全性と正確な製品識別を保証します。
工業用工具
工業用工具では、機械部品のシリアル番号、測定インジケータ、識別コードに深彫り彫刻を使用することがよくあります。これらの刻印は、激しい摩耗、潤滑剤への暴露、機械的衝撃に耐えるため、長期間の使用でも読みやすい状態を保つことができます。
看板
深彫り彫刻は、耐久性があり、高コントラストのテキストやグラフィックを作成することにより、看板やネームプレートに利益をもたらします。金属、プラスチック、複合材は、工業用、商業用、装飾用に彫刻することができます。これにより、厳しい屋外条件下でも看板やラベルの視認性を維持することができます。
結論
ディープレーザー彫刻は、金属、プラスチック、セラミック、複合材にマーキングするための精密で耐久性のある方法です。耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性に優れた、深く永久的なマークを作成します。レーザー出力、速度、レンズ、線幅を調整することで、オペレーターは多くの用途で高精度、微細、柔軟性を達成することができます。
丈夫で長持ちする製品への刻印に、 お問い合わせ プロジェクトについてご相談の上、お客様のニーズに合ったソリューションをお探しします。
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。
