レーザー切断・裁断技術の利点について

2026年2月、当社の工場に光ファイバー1台が設置された。レーザー切断切断機。この切断機が稼働を開始して以来、当社の加工コストを大幅に削減し、生産効率を向上させ、製品の生産サイクルを短縮する上で少なからぬ役割を果たしています。

レーザー切断加工とは、レーザー発生装置から放出された光束が、反射および集光レンズを経て加工対象物に照射され、対象物を高温で溶融または気化させ、補助ガスによって溶融物を吹き飛ばすことで切断を行う加工方法である。レーザー切断は、従来の機械式刃の代わりに不可視の光ビームを用いるもので、金属および非金属材料の加工に広く利用されており、加工時間の大幅な短縮、加工コストの削減、加工品質の向上を実現します。

レーザー切断は、他の熱切断と比較して、以下の点で優れています：

1、 切断品質いいですね、精度が高いです

レーザーの集光スポットは小さく、その直径は50μmに達し、エネルギー密度も高いため、せん断バリが発生しない。 そのため、レーザー切断では優れた切断品質が得られ、切断面は滑らかで美しく、切断面の表面粗さはRa50からRa25に達します。表面粗さがそれほど高くない溶接前の加工品は、レーザーで直接切断できるため、加工工程を1つ省略できます。図1および図2は、構造工場でレーザーによるブランキング加工を行った際の、板材の切断面の表面形状を示しています。レーザー切断機はCNC機能を備えているため、ワークの寸法や位置の精度を正確に制御することができます。

表1　レーザー切断機で達成可能な寸法公差

図1

図2

2、 切断時の変形が少ない

熱影響域が広い従来の熱切断では、薄板を切断する際、切断溝が長すぎるため、熱応力の作用により板材が熱変形しやすくなります。レーザーは集光スポットが非常に小さく、切断幅が通常0.5mm程度と狭いという特徴があるため、材料を切断した際の熱影響部の幅が小さく、切断面に機械的応力が生じず、切断幅周辺の材料特性もほとんど影響を受けません。その結果、ワークの切断後の変形が少なく、切断精度が高く、 切断溝の幾何学的形状も良好で、その断面形状は比較的規則的な長方形を呈し、切断溝が狭いため切断が容易である。

3、 切断速度が速い

レーザー切断機の切断速度は、レーザー出力の増加やガス圧の上昇に伴い向上しますが、切断対象材料の厚さが増すにつれて低下します。2mm以下の炭素鋼板を切断する場合、その速度は10m/minに達しますが、6mm前後の炭素鋼板の場合、 切断速度は約2.5m/minとなります。また、同等の板厚条件下におけるプラズマ切断速度よりもはるかに速いものです。出力と板材の厚さが同じ場合でも、切断対象の材料が異なるため、切断速度は異なります。例えば、厚さ12mmのベークライト板を切断する場合、その速度は4.5m/minに達しますが、厚さ12mmの鋼板を切断する場合、速度はわずか0.8m/minにとどまります。

4、 切断効率が高い

レーザーには伝送特性があるため、レーザー切断機には通常、複数のCNC作業台が装備されており、切断プロセス全体をCNC制御で実現できます。操作時にはCNCプログラムを変更するだけで、さまざまな形状の部品の切断に対応でき、2次元切断だけでなく3次元切断も可能です。切断速度が速いため、切断効率を大幅に向上させることができます。例えば、構造加工現場にレーザー切断機が導入されていなかった頃、穴の開いた薄板部品の加工には、シャーリング機による切断、プラズマ切断など、複数の工程を経る必要がありました。板厚よりも小さい穴については、さらに別の加工現場へ持ち込んで加工しなければならず、明らかに、 この過程での材料の搬入・搬出および搬送には、多くの不必要な人的・物的資源と時間が無駄に消費されていました。現在では、レーザー切断によってこれらを一工程で完了させることができ、効率を200～300％向上させることができます。

時代の進展や科学技術の進歩に伴い、より先進的なものが登場することになるでしょう。CNC切断設備については、時代の流れに合わせ、適切なタイミングで更新を行うことが、企業が製品の品質を向上させ、競争力を高める上で極めて重要である。