レーザーピーンフォーミング

しくみ

1. 1

   表面を水で覆う。 板をレーザーの下に固定し、処理する領域の上に薄い水の層を流します。

2. 2

   レーザーパルスを撃つ。 高エネルギーのパルスレーザーが、約 20 ナノ秒というごく短いパルスを、水を通して幅数ミリのスポットに撃ち込みます。

3. 3

   プラズマを爆発させる。 パルスが表面の薄い層をプラズマ(光を放つ、電気を帯びたガス)に変えます。水がそれを閉じ込めるので、圧力が急上昇し、衝撃波が金属の中へ送り込まれます。

4. 4

   圧縮された層を残す。 衝撃がスポットの下の金属を圧縮し、多くは深さ 1〜2 mm の層に、圧縮残留応力(金属内部に閉じ込められ、周囲を外へ押す応力)を残します。

5. 5

   パターンに沿って繰り返す。 ロボットが、計算されたパターンに沿ってレーザーのスポットを 1 点ずつ動かします。閉じ込められた応力が積み重なって板が湾曲し、測定して、追加のショットで修正します。

主なポイント

材料

アルミニウム合金(アルミリチウム合金を含む)、チタン、鋼、ニッケル合金

代表的な部品

ゆるやかな曲面や二重曲面をもつ主翼や胴体のパネル、補強パネル、矯正が必要な歪んだ部品

部品サイズ

小さな部品から長さ数メートルのパネルまで。ロボットの到達範囲が上限

精度

曲率は小さな制御されたステップで積み上がる。最終形状は測定して修正し、通常は数分の 1 ミリ以内に収める

表面仕上げ

重なり合うスポットによる、わずかなくぼみ模様。疲労寿命(繰り返し荷重による割れへの耐性)が向上することも多い

向いているロット数

大型で高価値な部品の少量生産、そして補修や矯正

金型・設備コスト

金型は不要。レーザーセルは数百万ドルするので、サービスとして外注することも多い

速度

毎秒数ショット。大きなパネルでは数時間かかることも

強みと限界

使われる場所

• 航空機ゆるやかな複合曲面をもつ主翼外板パネル
• 宇宙ロンチビークルやタンク用の曲面パネル
• 造船大型板の成形と矯正
• 補修と仕上げ溶接や機械加工で歪んだ部品の矯正

見分け方

• 片面に見える、重なり合う四角または丸いスポットの、かすかで規則的な格子。
• 金型やプレスの跡がない、ゆるやかに湾曲した厚いパネル。
• 機械加工された表面の中に現れる、つや消しでわずかにくぼんだ部分であることが多い。

比較

動画を見る

Laser Peening Animation

Curtiss-Wright Surface Technologies · 1 ショットのアニメーション:水の層、プラズマ、衝撃波、残留応力

Laser Peen Forming – Overview and Examples

LSP Technologies · この工程とは何か、どんな部品を作るのか

Laser Peen Forming Demonstration

LSP Technologies · レーザーが動くにつれて、板がその場で湾曲していく様子

Laser Peen Forming - Straightening

LSP Technologies · 同じ工具で歪んだ部品を矯正する様子

実写真を見る

• Wikipedia:Laser peening — 工程、その歴史、そしてレーザーピーンフォーミングの節
• Wikimedia Commons の写真検索