レーザー切断
集光した光で、細い切れ目を溶かすか蒸発させる
レーザー切断は、集光した光のビームで平らな材料の上に形をなぞり、細い線状に溶かして貫通させる加工です。金属のブラケット、筐体のパネル、アクリルの看板など、多くはここから始まります。工具は要りません。機械は図面ファイルからそのまま切るので、1 個作るのも 1,000 個作るのも同じくらい簡単です。
しくみ
ビームをつくる。 レーザー光源が、電気を強力で目に見えない赤外線のビームに変えます。金属の切断ではファイバーレーザー(ビームがガラスファイバーの内部で生成される)が主流で、木材やプラスチックには CO2 レーザー(ビームがガス混合物から生まれる)がよく使われます。
焦点を合わせる。 ファイバーケーブル(CO2 の場合はミラー)がビームを切断ヘッドへ運びます。レンズがそれを、幅 1 ミリに満たないスポットに絞り込みます。
溶かす。 そのスポットではエネルギーが非常に集中し、材料が全厚にわたって溶ける、または一部が蒸発します。
吹き飛ばす。 アシストガスがビームを囲むノズルから流れ、溶けた金属を切断部の下側から火花として吹き飛ばします。酸素は鋼を燃焼させて熱を加え、窒素は清潔で光沢のある切断面を残します。
輪郭をなぞる。 CNC(コンピュータ数値制御)がヘッドを輪郭に沿って動かし、細いカーフ(切断でできる溝)を残します。センサーがノズルを板の約 1 mm 上に保ちます。
ほとんどの機械は、とがったサポートスラットのベッドに平らな板を載せて切ります。チューブレーザーは、ヘッドの下で管を回転させ、穴、スロット、斜めの端を切ります。
主なポイント
- 材料
- 軟鋼とステンレス鋼、アルミニウム、銅、真ちゅう(ファイバーレーザー)。木材、アクリル、厚紙、布、革(CO2 レーザー)
- 代表的な部品
- ブラケット、筐体のパネル、ガスケット、看板や文字、板の上にネスティングした平らな部品
- 部品サイズ
- 平らな板で、通常は最大 1.5 × 3 m や 2 × 4 m。一般的な機械で鋼は厚さ約 25 mm まで
- 精度
- 多くは約 ±0.1 mm
- 表面仕上げ
- 切断面はなめらかで細い縦の筋が入る。熱影響部(熱で組織が変化した帯)は薄い
- 向いているロット数
- 1 個から大量生産まで。工具不要で、板の自動搬入も可能
- 金型・設備コスト
- 部品専用の工具は不要。趣味用の CO2 カッターは数千ドル、産業用のファイバー機は数十万ドル
- 速度
- 薄板では毎分数十メートル。厚さ 20 mm の鋼では毎分約 1 m
強みと限界
強み
- 工具不要:図面ファイルから、どんな 2D 輪郭もそのまま切れる
- カーフが狭くディテールが細かい。多くは約 ±0.1 mm
- 薄板では速い。部品はネスティング(板の上に隙間なく配置)して材料を節約する
- 1 台で多くの金属を、CO2 光源なら木材やプラスチックも扱える
限界
- 主に平らな板と管。厚板は遅い
- 熱で変質した薄い領域が残り、薄い部品は反ることがある
- 光沢のある銅や真ちゅうにはファイバーレーザーと注意が必要
- PVC など一部のプラスチックは有毒ガスを出すため、レーザーで切ってはいけない
使われる場所
- 板金加工業ブラケット、パネル、機械のガード、1 点ものの部品
- 自動車試作のボディ部品、5 軸レーザーによる成形部品のトリミング、排気系部品
- 機械と農業フレーム、フランジ、ガセット、取付プレート
- 建築と看板装飾的なファサードのスクリーン、文字、階段の部品
- エレクトロニクスステンレスのはんだペースト用ステンシル、薄いシールド部品
- メイカーとデザインアクリルのディスプレイ、合板のモデル、革製品
見分け方
- 切断面に入る非常に細かく規則的な縦の線(ストライエーション)と、くっきりした直角の縁。
- 縁にある小さなタブや切り欠き:マイクロジョイント。部品を板に留めておくために残す小さな橋で、あとで折り取ります。
- 各切断の始まりにある小さな穴あけ跡。ビームが最初に焼き抜けた場所で、最終的な輪郭のすぐ外側にあることが多い。
- 木材では縁が茶色くやや焦げ、アクリルでは縁がつややかな炎研磨のようになります。
比較
動画を見る
Ponoko Laser Cutting · レーザー切断機の各部を、わかりやすく解説
Small Things · なぜ集光した光で鋼が溶けるのか
TRUMPF Inc. · 厚さ 25 mm の板を切るファイバーレーザー。火花も一緒に
Ray Frith · 3 mm の板を切る、現場の日常風景
実写真を見る
- Wikipedia:Laser cutting — レーザー切断ヘッドと切断された部品の写真、工程データ付き
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- レンズがビームを小さなスポットに集め、材料に一本の線状の溶融を作ります。
- アシストガスが溶けた金属を吹き飛ばします。酸素は熱を加え、窒素は縁をきれいに保ちます。
- 工具不要で約 ±0.1 mm:薄板〜中厚板の平らな部品なら、まずこの方法です。
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