レーザー加工とは金属加工の一種で、レーザー光を集めて局部的に発生した熱を用いて金属を溶融させながら切断などをする加工方法のことです。
レーザー加工は刃が直接触れない非接触型の加工方法のため、バリやカエリが発生せず仕上がりが美しいというメリットがある一方、加工速度はプレス加工などと比べると劣るというデメリットがあります。
そこで今回は、レーザー加工のメリットとデメリットについて、穴あけやスリット加工などでレーザーを取り扱っている宮脇鋼管がご紹介します。
レーザー加工とは
レーザー加工とは金属加工の一種で、レーザー光を照射して金属を溶かし、切断や穴あけ、彫刻などを施す加工方法のことです。中でも、レーザーを用いて金属を切断することを、レーザーカット加工と呼びます。
レーザー加工は虫眼鏡による熱発生原理を応用したもので、レーザー光をレンズやミラーを用いて集光させ、極めて強いエネルギーをもったレーザー光が熱となって材料を溶かすという仕組みです。
レーザー加工では、材料の負担となる力である応力が加わらないため変形が少なく、最近では木材やゴム素材、医療現場などでレーザーカット加工が用いられる場面が増えてきています。
レーザー加工機の種類
レーザー加工のレーザー加工機にはいくつか種類がありますが、金属加工用として広く選ばれているものには2種類あります。
それぞれのレーザーの種類や特徴、用途などについてご説明します。
CO2レーザー
レーザー加工で最も使用されているのが、炭酸ガスを媒質にしたレーザー光で加工を行うCO2レーザー加工機です。
金属以外にも、木材やアクリル、ゴム、ガラスなど幅広い素材に対応しているだけでなく、これからご紹介するファイバーレーザー加工機よりも比較的安価で導入できるため、現在ではこちらが主流となっています。
ただし、銅やアルミといった素材はレーザーの光を反射しやすくレーザーカットがしづらいため、反射率の高い金属の加工には適していません。
ファイバーレーザー
ファイバーレーザーは、CO2レーザーでは不向きな銅やアルミなどの金属が加工できる加工機です。ここ数年で開発されたもので、CO2レーザーの弱点を補う特徴を持っています。
光ファイバーを媒質としていて、レーザー光を高出力で、さらにピンポイントに照射できる高精度な加工が可能です。
加工機自体が高額ですが、レーザーガスがいらなかったりエネルギー効率が良かったりといった面もあり、導入時にはイニシャルコストとランニングコストのバランスを検討する必要があります。
レーザー加工のメリットとは
さまざまな素材の加工が可能というメリット以外にも、レーザー加工には他の加工方法にはない多くの利点があります。
美しい仕上がり
レーザー加工は、レーザーを集光して局部的に加工を施すため、刃物で加工した際のような粉塵が付着することがなく、またバリやカエリの発生も抑えられるため切断面が綺麗に仕上がります。
加工対象の素材に直接刃が触れる場合は、歪みやひび割れも起こり得ますが、レーザー加工ではそのようなリスクも少ないため高い品質が保たれます。
加工の自由度が高い
レーザー加工では、レーザーカット加工以外にも、穴あけや彫刻など、さまざまな形状での加工が可能です。
カットなどがされる前に、図面データを読み込み、レーザの経路設定や部材登録などの情報をプログラミングする工程がレーザー加工では必要ですが、プログラムさえ構築すれば、さまざまな形状に加工を施すことが可能です。また、先に金型製作が必要な加工と比較すると、自由度は格段に上がります。
さらに、レーザー加工は加工が困難とされる高融点材料や耐熱合金類、宝石やダイヤモンドといった高脆弱材料も加工することができます。
効率的な加工が可能
レーザー加工は金型を用意する必要がなく、あらかじめ構築したプログラムを元に加工を施します。
そのため、時間のかかる金型の製作やセット、交換といった金型に関するメンテナンスが不要で、加工時間を短縮し効率的に行うことができます。
また、先程も述べた通り、刃が直接触れることのないレーザー加工はバリやカエリの発生が抑えられるため、それらを処理するための加工時間も省かれ、全体として効率的な加工が可能となります。
レーザー加工のデメリットとは
どのような素材でも加工ができさまざまな形状への対応も可能なレーザー加工ですが、デメリットも合わせ持っています。
厚い素材に不向き
ほとんどの素材を加工することができるレーザー加工ですが、厚い素材の加工には適していないことがデメリットの一つです。
レーザー加工とは、レーザーの光が集中している箇所があり、その焦点距離の範囲から遠ざかってしまうとレーザーの威力が弱まって加工できなくなってしまいます。
つまり、焦点の位置から離れてしまう分厚い素材は加工がしづらく、プログラム通りに実行されない恐れがあるでしょう。
ランニングコストが高価
さまざまな素材の加工が可能なレーザー加工機は、その性能に比例してランニングコストも高価になります。
さらに、他の機械と比べて多くのエネルギーを使用するため電気代やガス代などの光熱費も高くなり、維持費や焦点レンズやミラーの交換費用もかかってきます。
レーザー加工機は、長く使用するために定期的なメンテナンスが必要であり、また精密機械として分類されるため、他の加工機よりも扱いに注意を払わなければなりません。
加工スピードが遅い
レーザー加工は、切削加工やプレス加工などの加工方法と比較すると加工速度は遅くなります。
加工自体は効率的に行えますが、刃が素材に直接触れない非接触加工であるレーザー加工は、素材を溶かしながら加工するため全体としては加工の時間がかかってしまいます。
レーザー加工機の切断速度を上げて加工スピードを速くすることはできないことではありませんが、速度が上がればバリやカエリの発生を招いてしまいます。
バリなどを後処理する工程が増えてしまっては、レーザー加工の全体としての加工時間は長くなってしまい、結果、納期までのスピードは遅くなってしまいます。
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