レーザー加工 & 切断 & LBM

LASER CUTTING is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING テクノロジーは、通常、レーザーを使用して材料を切断し、工業用途に使用されます。  LASER BEAM MACHINING (LBM) では、レーザー ソースがワークピースの表面に光エネルギーを集中させます。レーザー切断は、高出力レーザーの高度に集束された高密度の出力を、コンピューターによって、切断される材料に向けます。次に、対象となる材料は、制御された方法で溶融、燃焼、蒸発、またはガスのジェットによって吹き飛ばされ、高品質の表面仕上げを備えたエッジを残します。当社の産業用レーザー カッターは、フラット シート材料、構造材料、配管材料、金属および非金属ワークピースの切断に適しています。通常、レーザー加工および切断プロセスでは真空は必要ありません。レーザー切断および製造に使用されるレーザーにはいくつかの種類があります。パルス波または連続波 CO2 LASER は、切断、中ぐり、彫刻に適しています。 The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identicalスタイルが異なり、アプリケーションのみが異なります。ネオジム Nd は、中ぐり加工や、高エネルギーで低繰り返しが必要な場合に使用されます。一方、Nd-YAG レーザーは、非常に高い出力が必要な場合や、ボーリングや彫刻に使用されます。 CO2 および Nd/Nd-YAG レーザーは、 LASER WELDING に使用できます。製造に使用するその他のレーザーには、 Nd:GLASS、RUBY、EXCIMER などがあります。レーザー ビーム加工 (LBM) では、次のパラメータが重要です。ワークピース表面の反射率と熱伝導率、およびその比熱と溶融と蒸発の潜熱。レーザー ビーム加工 (LBM) プロセスの効率は、これらのパラメーターの減少と共に増加します。切削深さは次のように表すことができます。

 

t ~ P / (vxd)

 

つまり、切削深さ「t」は、入力電力 P に比例し、切削速度 v とレーザービームのスポット径 d に反比例します。 LBM で生成された表面は一般に粗く、熱影響部があります。

 

 

 

炭酸ガス (CO2) レーザー切断と機械加工: DC 励起 CO2 レーザーは、ガス混合物に電流を流すことによってポンピングされますが、RF 励起 CO2 レーザーは、励起に無線周波数エネルギーを使用します。 RF 方式は比較的新しく、より一般的になっています。 DC 設計では、キャビティ内に電極が必要なため、電極の浸食や光学部品の電極材料のめっきが発生する可能性があります。反対に、RF 共振器は外部電極を備えているため、これらの問題は発生しません。 CO2 レーザーは、軟鋼、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、プラスチックなどの多くの材料の工業用切断に使用されます。

 

 

 

YAG LASER CUTTING and MACHINING: YAG レーザーを使用して、金属やセラミックの切断とスクライビングを行っています。レーザー発生器と外部光学系には冷却が必要です。廃熱が生成され、冷却剤によって、または直接空気に伝達されます。水は一般的な冷却剤であり、通常はチラーまたは熱伝達システムを循環します。

 

 

 

エキシマ レーザーの切断と加工: エキシマ レーザーは、紫外線領域の波長を持つレーザーの一種です。正確な波長は、使用する分子によって異なります。たとえば、次の波長は括弧内に示されている分子に関連付けられています: 193 nm (ArF)、248 nm (KrF)、308 nm (XeCl)、353 nm (XeF)。一部のエキシマ レーザーは調整可能です。エキシマ レーザーには、材料の残りの部分を加熱したり変更したりすることなく、表面材料の非常に細かい層を除去できるという魅力的な特性があります。したがって、エキシマ レーザーは、一部のポリマーやプラスチックなどの有機材料の精密微細加工に適しています。

 

 

 

ガスアシストレーザー切断: 薄いシート材料を切断するために、酸素、窒素、アルゴンなどのガス流と組み合わせてレーザービームを使用することがあります。これは、a LASER-BEAM TORCH を使用して行われます。ステンレス鋼とアルミニウムの場合、窒素を使用した高圧不活性ガスアシストレーザー切断を使用します。これにより、酸化物のないエッジが得られ、溶接性が向上します。これらのガス流は、ワークピースの表面から溶融および気化した材料も吹き飛ばします。

 

 

 

a LASER MICROJET CUTTING では、パルス レーザー ビームが低圧ウォーター ジェットに結合されるウォーター ジェット誘導レーザーがあります。光ファイバーのようにウォータージェットでレーザー光を導きながらレーザー切断を行います。レーザー マイクロジェットの利点は、水が破片を取り除き、材料を冷却することです。従来の「乾式」レーザー切断よりも高速で、ダイシング速度が速く、カーフが平行で、全方向切断機能があります。

 

 

 

レーザーを使用した切断では、さまざまな方法を展開しています。方法には、気化、メルト アンド ブロー、メルト ブロー アンド バーン、熱応力割れ、スクライビング、コールド カットおよびバーニング、安定化レーザー カットなどがあります。

 

・気化切断：集束ビームで材料の表面を沸点まで加熱し、穴を開けます。穴は吸収力の急激な増加につながり、穴を急速に深くします。穴が深くなり、材料が沸騰すると、生成された蒸気が溶融した壁を侵食し、材料を吹き飛ばして穴をさらに拡大します。木材、カーボン、熱硬化性プラスチックなどの非溶融材料は、通常、この方法で切断されます。

 

- 溶融ブロー切断: 高圧ガスを使用して切断領域から溶融材料を吹き飛ばし、必要な電力を減らします。材料はその融点まで加熱され、次にガスジェットが溶融材料を切り口から吹き飛ばします。これにより、材料の温度をそれ以上上げる必要がなくなります。この技術で金属をカットします。

 

- 熱応力亀裂: 脆性材料は熱破壊に敏感です。ビームは表面に集束され、局所的な加熱と熱膨張を引き起こします。これにより、ビームを移動することで誘導できるクラックが発生します。この技法をガラスのカットに使用しています。

 

- シリコンウェーハのステルスダイシング: シリコンウェーハからのマイクロエレクトロニクスチップの分離は、パルス Nd:YAG レーザーを使用するステルスダイシングプロセスによって実行されます。1064 nm の波長は、シリコンの電子バンドギャップ (1.11 eV または1117 nm)。これは、半導体デバイスの製造で一般的です。

 

- リアクティブ切断: フレーム切断とも呼ばれるこの技術は、酸素トーチ切断に似ていますが、点火源としてレーザー ビームを使用します。これを使用して、1 mm を超える厚さの炭素鋼や、レーザー出力がほとんどない非常に厚い鋼板を切断します。

 

 

 

パルスレーザー 短時間で高出力のエネルギーバーストを提供し、ピアスなどの一部のレーザー切断プロセス、または非常に小さな穴や非常に遅い切断速度が必要な場合に非常に効果的です.一定のレーザービームを代わりに使用した場合、熱は機械加工されている部品全体を溶かすポイントに達する可能性があります。当社のレーザーは、NC (数値制御) プログラム制御下で CW (連続波) をパルスまたはカットする機能を備えています。  DOUBLE PULSE LASERS 一連のパルスペアを放出して、材料除去率と穴の品質を向上させます。最初のパルスは表面から材料を除去し、2 番目のパルスは、放出された材料が穴または切断面に再付着するのを防ぎます。

 

 

 

レーザー切断と機械加工における公差と表面仕上げは際立っています。当社の最新のレーザー カッターは、10 マイクロメートル前後の位置決め精度と 5 マイクロメートルの再現性を備えています。標準粗さ Rz はシートの厚さに応じて増加しますが、レーザー出力と切断速度に応じて減少します。レーザー切断および機械加工プロセスは、多くの場合 0.001 インチ (0.025 mm) 以内に近い公差を達成することができます。当社の機械の部品形状と機械的機能は、最高の公差能力を達成するために最適化されています。レーザー ビーム切断で得られる表面仕上げは、0.003 mm ～ 0.006 mm の範囲です。一般に、直径 0.025 mm の穴は簡単に作成でき、0.005 mm の小さな穴と、穴の深さと直径の比率が 50 対 1 の穴が、さまざまな材料で作成されています。当社の最もシンプルで最も標準的なレーザー カッターは、厚さ 0.020 ～ 0.5 インチ (0.51 ～ 13 mm) の炭素鋼金属を切断し、標準の鋸引きよりも最大 30 倍速く簡単に切断できます。

 

 

 

レーザー加工は、金属、非金属、および複合材料の穴あけおよび切断に広く使用されています。機械的切断に対するレーザー切断の利点には、工作物保持の容易さ、清潔さ、工作物の汚染の低減が含まれます (従来のフライス加工や旋削加工のように、材料によって汚染されたり、材料を汚染する可能性のある刃先がないため、ブエの蓄積)。複合材料の研磨性により、従来の方法では機械加工が困難になる場合がありますが、レーザー加工では簡単に加工できます。プロセス中にレーザービームが摩耗しないため、得られる精度が向上する場合があります。レーザー システムは熱影響部が小さいため、切断される材料が反る可能性も低くなります。一部の材料では、レーザー切断が唯一のオプションになる場合があります。レーザー ビーム切断プロセスは柔軟性があり、光ファイバー ビームの供給、簡単な固定、短いセットアップ時間、3 次元 CNC システムの利用可能性により、レーザー切断と機械加工は、パンチングなどの他の板金製造プロセスとうまく競合することができます。そうは言っても、全体的な効率を向上させるために、レーザー技術を機械加工技術と組み合わせることができる場合があります。

 

 

 

板金のレーザー切断は、プラズマ切断よりも精度が高く、エネルギー消費が少ないという利点がありますが、ほとんどの産業用レーザーは、プラズマよりも厚い金属を切断することはできません。 6000 ワットなどの高出力で動作するレーザーは、厚い材料を切断する能力においてプラズマ マシンに近づきつつあります。ただし、これらの 6000 ワットのレーザー カッターの資本コストは、鋼板のような厚い材料を切断できるプラズマ切断機よりもはるかに高くなります。

 

 

 

レーザー切断や機械加工にも欠点があります。レーザー切断は、高い電力消費を伴います。産業用レーザーの効率は、5% から 15% の範囲です。特定のレーザーの消費電力と効率は、出力と動作パラメーターによって異なります。これは、レーザーの種類と、レーザーが手元の作業にどれだけ適合するかによって異なります。特定の作業に必要なレーザー切断パワーの量は、材料の種類、厚さ、使用するプロセス (反応性/不活性)、および希望する切断速度によって異なります。レーザー切断および機械加工の最大生産速度は、レーザー出力、プロセス タイプ (反応性か不活性か)、材料特性、厚さなど、多くの要因によって制限されます。

 

 

 

In LASER ABLATION レーザービームを照射することにより、固体表面から材料を除去します。低いレーザー フラックスでは、材料は吸収されたレーザー エネルギーによって加熱され、蒸発または昇華します。高いレーザー フラックスでは、通常、材料はプラズマに変換されます。高出力レーザーは、単一パルスで大きなスポットをクリーニングします。低出力レーザーは、領域全体をスキャンできる多くの小さなパルスを使用します。レーザーアブレーションでは、レーザー強度が十分に高い場合は、パルスレーザーまたは連続波レーザービームを使用して材料を除去します。パルスレーザーは、非常に硬い材料に非常に小さくて深い穴を開けることができます。非常に短いレーザー パルスは、周囲の材料がほとんど熱を吸収しないように材料をすばやく除去します。レーザー エネルギーはコーティングによって選択的に吸収されるため、CO2 および Nd:YAG パルス レーザーを使用して、下の表面に損傷を与えることなく、表面の洗浄、塗料やコーティングの除去、または塗装用の表面の準備を行うことができます。

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object.これら 2 つの手法は、実際に最も広く使用されているアプリケーションです。インクは使用されません。また、従来の機械彫刻やマーキング方法のように、彫刻面に接触して磨耗する工具ビットも必要ありません。レーザー彫刻とマーキング用に特別に設計された材料には、レーザー感受性ポリマーと特殊な新しい金属合金が含まれます。レーザー マーキングおよび彫刻機器は、パンチ、ピン、スタイラス、エッチング スタンプなどの代替手段に比べて比較的高価ですが、その精度、再現性、柔軟性、自動化の容易さ、およびオンライン アプリケーションにより、人気が高まっています。さまざまな製造環境で。

 

 

 

最後に、他のいくつかの製造工程にレーザー光線を使用します。

 

--cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_レーザー溶接

 

--cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_LASER HEAT TREATING: 金属およびセラミックスの小規模な熱処理により、表面の機械的およびトライボロジー特性を変更します。

 

--cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_レーザー表面処理/修正: レーザーは、表面のクリーニング、官能基の導入、コーティングの堆積または接合プロセスの前に接着を改善するための表面の修正に使用されます。