レーザー切断およびその他の種類の熱切断

レーザーカットとは

高出力密度のレーザー光を被切断材に照射し、被切断材を急速に蒸発温度まで加熱して孔を形成し、被切断材上での光の移動に伴って狭い幅（例えば0.1mm程度）のスリット状に連続的に孔を形成し、切断を完了します。

レーザーカット加工

火炎切断

火炎切断は、切断ガスとして酸素を使用し、軟鋼の切断に使用される標準的なプロセスです。酸素は最大6バールまで加圧され、切り口に吹き込まれます。そこで、加熱された金属が酸素と反応し、燃焼と酸化が始まります。化学反応により大量のエネルギー (レーザーのエネルギーの最大 5 倍) が放出され、レーザー ビームによる切断が促進されます。

ガス化切断

ガス化切断により材料が気化するため、周囲の材料への熱影響が最小限に抑えられます。これは、連続 CO2 レーザーを使用して、薄いプラスチック フィルムなどの低熱、高吸収性の材料や、木材、紙、発泡体などの非溶融材料を蒸発させることで実現できます。{{2}
超短パルスレーザーを使用すると、この技術を他の材料に適用できます。金属内の自由電子はレーザーを吸収し、劇的に加熱します。レーザーパルスは溶融粒子やプラズマと反応せず、材料は直接昇華し、エネルギーが熱の形で周囲の材料に伝達される時間がありません。ピコ秒パルスは、目に見える熱影響、溶融、バリの形成を伴わずに材料をアブレーションします。

メルトカッティング

溶解切断は、金属を切断するときに使用されるもう 1 つの標準的なプロセスです。セラミックなどの他の可融性材料の切断にも使用できます。窒素またはアルゴンが切断ガスとして使用され、2 ～ 20 bar のガス圧が切り口に吹き付けられます。アルゴンと窒素は不活性ガスです。つまり、切り溝内の溶融金属とは反応せず、単に底部に向かって吹き飛ばされます。同時に、不活性ガスが切断面を空気酸化から保護します。

圧縮空気切断
圧縮空気を使用して薄板を切断することもできます。 5 ～ 6 bar に加圧された空気は、切断内の溶融金属を吹き飛ばすのに十分です。空気のほぼ 80% が窒素であるため、圧縮空気による切断は基本的に溶融切断となります。

プラズマ-による切断

パラメータが適切に選択されている場合、プラズマ支援溶断切り口にプラズマ クラウドが表示されます。{0}プラズマ雲は、イオン化した金属蒸気とイオン化した切断ガスで構成されます。プラズマ雲は CO2 レーザーのエネルギーを吸収してワークピースに変換し、より多くのエネルギーがワークピースに結合され、材料がより速く溶け、その結果切断速度が速くなります。このため、この切断プロセスは高速プラズマ切断とも呼ばれます。{5}
実際、プラズマ雲は固体レーザーに対して透明であるため、プラズマ支援溶断は CO2 レーザーでのみ実行できます。{0}{1}

レーザー切断の特性

レーザー切断は、他の熱切断方法と比較して、一般に切断速度が速く、品質が高いという特徴があります。具体的には以下の点にまとめられます。

(1) 優れた切断品質: レーザースポットが小さく、エネルギー密度が高く、切断速度が高いため、レーザー切断はより良い切断品質を得ることができます。 ① レーザー切断切り口は細かくて狭く、スリットの両側は表面に対して平行かつ垂直で、切断部分の寸法精度は±0.05mmに達します。 ② 切断面はきれいで美しく、表面粗さはわずか数十ミクロンであり、最終工程としてレーザー切断も使用でき、機械加工なしで部品を直接使用できます。 （③レーザー切断後の材料、熱影響部の幅は非常に小さく、スリット付近の材料の性能もほとんど影響を受けず、ワークピースの変形は小さく、切断精度が高く、スリットの形状は良好で、スリット断面の形状はより規則的な長方形を示します。-。

(2) 高い切断効率: レーザーの透過特性により、レーザー切断機には一般に多数の CNC ワークステーションが装備されており、切断プロセス全体を完全に CNC で実現できます。この操作は、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適用でき、二次元切断だけでなく三次元切断にも適用できます。-

(3) 切断速度: 1200 W のレーザーで厚さ 2 mm の軟鋼板を切断、切断速度は最大 600 cm/min。 5mm厚のポリプロピレン樹脂板を切断、切断速度は最大1200cm/min。レーザー切断では材料をクランプして固定する必要がなく、ツーリングクランプを節約できるだけでなく、上部と下部の材料の補助時間も節約できます。

(4) 非接触切断: トーチとワークピースを非接触でレーザー切断するため、工具の摩耗はありません。さまざまな形状の部品を加工する場合、「ツール」を変更する必要はなく、レーザーの出力パラメータを変更するだけで済みます。レーザー切断プロセスは低騒音、低振動、無公害です。

(5) さまざまな材料の切断: 金属基複合材料、皮革、木材、繊維。ただし、材料が異なると、それぞれの熱物理的特性やレーザーの吸収率が異なるため、パフォーマンスが異なります。