金属をレーザー切断するプロセスは何ですか?

レーザー切断高出力レーザーを使用して金属やその他の材料を切断するために使用される、正確かつ効率的な方法です。このプロセスは、その精度、速度、複雑な設計の作成能力により、製造、自動車、航空宇宙、金属加工などのさまざまな業界で広く使用されています。このガイドでは、レーザー切断の仕組み、関連する主要コンポーネント、レーザー切断の種類について詳しく説明します。

1. レーザー切断とは何ですか?

レーザー切断は、集束した光線 (レーザー) を使用して、金属、プラスチック、木材などの材料を切断または彫刻するプロセスです。レーザー ビームは材料を溶解、燃焼、または蒸発させ、無駄を最小限に抑えたきれいで高品質な切断面を残します。

2. レーザー切断の主要コンポーネント

- レーザー源: レーザー ビームはレーザー発生器から発生します (金属切断には CO2、ファイバー、または Nd:YAG レーザーが一般的に使用されます)。レーザーは増幅されて切断材料に向けられます。

- 集束レンズ: レンズまたは一連のレンズはレーザー ビームを小さな点に集束させ、材料との接触点での強度を高めます。

- カッティングヘッド: カッティングヘッドはレーザービームを材料に向けます。 CNC (コンピューター数値制御) またはその他の誘導システムによって制御され、プログラムされた経路に沿って移動します。

- アシストガス: 切断プロセスを支援するために、酸素、窒素、空気などのガスがノズルから吹き込まれることが多く、溶融した材料を除去して切断品質を向上させるのに役立ちます。

- 材料ベッド: 金属は、切断プロセス中に材料を支える安定したベッドまたはテーブル上に配置されます。

3. レーザー切断プロセス

レーザー切断プロセスは次のステップに分類できます。

ステップ 1: 設計とプログラミング

- CAD 設計: 最初のステップは、切断する必要がある部品またはコンポーネントの設計を作成することです。これは、CAD (コンピューター支援設計) ソフトウェアを使用して行われます。デザインは、レーザー切断機で読み取り可能な形式 (通常はベクター ファイル) に変換されます。

- CNC プログラミング: 設計は、レーザー切断機を制御する CNC システムにアップロードされます。デザインを切断指示に変換し、どこをどのように切断するかをレーザーに指示します。

ステップ 2: 材料の準備

- 切断対象の金属シートまたは材料は機械のベッド上に置かれます。レーザー切断に使用される一般的な金属には、鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、銅などがあります。

ステップ 3: レーザー切断

- ビーム生成: レーザー源は高エネルギーの光ビームを生成し、レンズを通して集束して強力なヒート スポットを作成します。

- 材料の加熱: 集束されたレーザービームが金属に当たると、エネルギーが吸収され、材料が急速に加熱され、溶融、燃焼、または蒸発します。

- アシストガス: アシストガス (酸素や窒素など) がノズルを介して切断領域に送られます。溶けた金属や破片を取り除くのに役立ち、材料を冷却して切断速度と精度を向上させます。

 - 酸素は金属と反応して熱を発生させ、切断プロセスをスピードアップするため、軟鋼の切断によく使用されます。

 - ステンレス鋼などの材料には窒素が使用され、酸化を防ぎ、きれいな刃先を確保します。

- レーザーの動き: CNC 制御のレーザー切断ヘッドは、設計に従ってプログラムされたパスに沿って動きます。レーザーの速度、出力、焦点は、切断される金属の材質と厚さに基づいて調整されます。

ステップ 4: 冷却と仕上げ

- レーザーが材料を切断すると、溶融または蒸発した金属がアシストガスによって吹き飛ばされ、きれいで滑らかな切断面が残ります。

- 切断完了後、希望の仕上がりに応じて、エッジを滑らかにしたり、バリを取り除いたりする場合があります。

- レーザーの精度により、金属くずや廃材の残留が最小限に抑えられます。

4. 金属のレーザー切断の種類

レーザー切断には、材料と用途に応じていくつかの方法があります。

A. 蒸発切断

- レーザービームは材料を沸点まで加熱し、蒸発させます。この方法は木材やプラスチックなどの材料に適していますが、薄い金属にも使用できます。

B. メルト＆ブロー切断（溶融切断）

- 材料が溶けるまで加熱され、高圧ガス (多くの場合窒素) が溶融金属を切り口から吹き飛ばします。この方法は、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属の切断に一般的です。

C. 反応切断（火炎切断）

- 酸素支援レーザー切断としても知られるこの方法は、酸素燃料切断に似ています。酸素が切断領域に吹き込まれ、金属が酸素と反応して追加の熱が発生し、切断プロセスがスピードアップします。厚い鋼材の切断によく使用されます。

D. 熱応力亀裂

- ガラスなどの一部の脆性材料は、制御された熱応力を使用して切断できます。レーザーは局所的な加熱を引き起こし、材料が冷えるにつれて切断経路に沿って亀裂が入ります。

5. 金属のレーザー切断の利点

- 高精度: レーザー切断は、厳しい公差で非常に正確な切断を行うことができるため、複雑なデザインに最適です。

- きれいなカット: レーザーは滑らかできれいなエッジを生成し、多くの場合二次仕上げの必要性を排除します。

- 多用途: レーザー切断は、薄いシートから厚いプレートまで、幅広い金属と厚さに対応します。

- 廃棄物の削減: レーザー切断は効率が高く、他の切断方法と比較して材料の無駄を削減します。

- 速度: 機械切断などの従来の方法と比較して、特に薄い金属を切断する場合に、より速い切断速度を実現します。

6. 金属におけるレーザー切断の応用

レーザー切断は、次のようなさまざまな業界で使用されています。

・自動車:シャシー部品やエンジン部品などの金属部品の切断に。

- 航空宇宙: 航空機や宇宙船用の精密部品を作成します。

- 製造: ブラケット、エンクロージャ、板金部品などのカスタム金属製造用。

- ジュエリー作成: 金属の詳細なデザインとパターンに。

- 建設: 鋼製の梁、パネル、外装材の切断。

結論

金属のレーザー切断は非常に効率的で正確なプロセスであり、幅広い業界に優れた精度、速度、柔軟性を提供します。薄い金属板を切断する場合でも、厚い鋼板を切断する場合でも、適切なレーザー切断方法と装置を使用すると、生産性が大幅に向上し、材料の無駄が削減されます。プロセスを理解すると、品質管理が向上し、特定の金属加工のニーズに最適なレーザー切断の種類を選択するのに役立ちます。

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