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レーザ加工における材料の違い:レーザ加工の基礎知識4

レーザ加工の基礎知識

更新日:2018年10月11日(初回投稿)
著者:関東職業能力開発大学校 生産機械システム技術科 能開准教授 永野 善己

レーザ加工の利点として、材料の硬さによらず、穴あけ(ピアシング)や切断ができることが挙げられます。しかし、材料が異なれば、熱伝導率などの性質が異なるので、レーザの切断条件は変わります。今回は、鋼材のレーザ切断に加えて、ステンレス、アルミニウム、アクリルなど、材料別のレーザ切断について解説します。

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1. 鋼材のレーザ切断

レーザ加工は、レーザ光、加工レンズ、焦点スポット、ノズル、アシストガスの5つを組み合わせて、最適な加工条件を設定します。図1は、鋼材のレーザ切断面と焦点位置の関係を示したものです。加工レンズには、焦点距離があります。スポット径は、レーザ光が材料に当たる焦点位置により変わり、レーザのスポット径が1番小さくなるところに焦点を合わせます。そこが焦点±0mmの位置です。図1では、材料の表面を±0mmとしました。

図1:鋼材のレーザ切断と焦点位置の関係

図1:鋼材のレーザ切断と焦点位置の関係

焦点位置を材料の上や下に設定することで、切断面が変わります。図1では、材料より1mm上げた場合を焦点+1mm、材料より1mm下げた場合を焦点-1mmとしています。鋼材のレーザ切断では、焦点+1mmと焦点±0mmでは、大きな変化はありません。しかし、焦点-1mmでは、材料の裏面に近くなるほど表面が粗くなります。焦点位置の設定でレーザ切断の品質が変わるので、他の材料でも最適な焦点位置を設定する必要があります。

2. ステンレスのレーザ切断

レーザ切断は、材料を溶融させながら加工する熱加工なので、材料の裏面に溶融物が付着する場合があります。これをドロスといいます。図2は、ステンレスのレーザ加工で発生したドロスです。鋼材のレーザ切断の際に発生するドロスと比べて、ステンレスのドロスは粘り強いため、後加工での除去に手間がかかります。レーザ切断前に、ドロス除去剤を塗布しておけば改善することがあるものの、これにも手間とコストがかかります。最適な加工条件を見つけることが、不可欠です。

図2:ステンレスのレーザ加工で発生したドロス

図2:ステンレスのレーザ加工で発生したドロス

ステンレスのレーザ切断における焦点位置と、ドロスの関係を図3に示します。ステンレスのドロスには、先が尖ったドロスと球状のドロスの2種類があります。ステンレスのレーザ切断で、ドロスのない良好な切断となるのは、材料の裏面に焦点を合わせる場合です。先が尖ったドロスが発生するのは、焦点が材料の裏面より上に存在する場合です。球状のドロスが発生するのは、焦点が材料の裏面より下に存在する場合です。市販のCO2レーザ加工機では、鋼材、ステンレス、アルミニウムの材料別の加工条件表が用意されています。焦点位置を加工条件表通りに設定しても、レーザ切断が上手くいかない場合は、切断結果を確認して焦点位置の設定を再度やり直しましょう。

図3:ステンレスのレーザ切断における焦点位置とドロスの関係

図3:ステンレスのレーザ切断における焦点位置とドロスの関係

3. アルミニウムのレーザ切断

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

4. アクリルのレーザ切断

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

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