レーザー切断 サプライヤー

レーザー切断機 高エネルギーのレーザー ビームをワークピースの表面に集中させ、ミリ秒以内に材料を局所的に溶融、蒸発、または燃焼させる、熱による材料除去プロセスです。酸素、窒素、圧縮空気などの高圧アシストガスが溶融または蒸発した材料を切り口から追い出し、きれいで正確な輪郭の切断エッジを残します。操作全体が CNC 制御されているため、カッティング ヘッドはプログラムされた 2D パスまたは 3D 輪郭をトレースします。工具との接触や部品への機械的な力は発生せず、最小の切り溝幅で形成されます。 0.1mm .

現在のレーザー切断機の設備は、薄板作業現場向けのコンパクトな 1.5 kW ファイバー レーザー システムから、生産環境で最大 40 mm 厚の炭素鋼を切断できるガントリー スタイルの 30 kW 機械まで多岐にわたります。この技術の精度、速度、材料の多用途性の組み合わせにより、この技術は世界中で平板金属プロファイリングの主要な切断プロセスとなっており、世界のレーザー切断機市場の価値は50億ドルを超え、ファイバーレーザーのコストが低下し続けるにつれて着実に成長しています。

レーザー切断機の背後にある物理学

レーザーエネルギーが材料とどのように相互作用するかを理解することは、材料や厚さが異なるとレーザー切断機に対する反応が異なる理由、およびプロセスパラメータの選択がなぜそれほど重要であるかを説明するのに役立ちます。

エネルギー吸収と波長の役割

表面に向けられたレーザー エネルギーがすべて吸収されるわけではありません。反射率によって、どれだけ反射され、どれだけ熱に変換されるかが決まります。 CO₂ レーザーの波長 10.6 µm では、ほとんどの金属は反射率が高く (銅は 98% 以上反射します)、非金属は効率的に吸収します。 1.06 µm のファイバー レーザー波長では、金属の吸収率が大幅に高くなります。鋼は吸収します。 35～40% 、ステンレス鋼 40～50% 銅でも約吸収します 5～10% —十分なレーザー出力で確実に切断するのに十分です。この波長の利点が、金属切断においてファイバー レーザーが CO2 レーザーに取って代わられた理由です。

フォーカス位置とカット品質への影響

材料表面に対する焦点の位置は、切り溝の幅と切断面の品質を直接制御します。薄板用（ 3mm未満 ）、最初の材料の侵入点での出力密度を最大化するために、通常、焦点は上面またはそのわずか上に設定されます。厚いプレートの場合はフォーカスが設定されます 上面の下の材料の厚さの 1/3 ～ 1/2 、レーザービームが材料の深さ全体にわたって十分な強度を維持することを保証します。不適切な焦点位置は、粗い切断面や過剰なドロスの形成の最も一般的な原因の 1 つです。

切断速度と出力密度のトレードオフ

特定のレーザー出力と材料の厚さに対して、最適な切断速度ウィンドウがあります。遅すぎる: 過剰な熱入力により、切り口の拡大、HAZ の増加、およびドロスの再凝固が発生します。速すぎる: エネルギーが不十分な場合、厚さ全体が溶解し、切断面に不完全な切断や粗い縞模様が生じます。 6 kW ファイバーレーザー切断機 6 mm 炭素鋼と酸素は、通常、次の温度で最適に動作します。 3.5～5.5m/分 ;このウィンドウの外側に 20% 出ると、エッジの品質が大幅に低下します。

材料固有のレーザー切断機のガイドライン

レーザー切断機の経済性: 部品あたりのコスト分析

真のコスト構造を理解する レーザー切断機 メーカーが代替プロセスに対して ROI を評価し、運用上の意思決定を最適化するのに役立ちます。

主な原価構成要素

• 機械の減価償却: ミッドレンジの 6 kW ファイバーレーザー切断機 (3,000 × 1,500 mm テーブル) の価格は通常 200,000 ～ 350,000 米ドルです。年間 4,000 時間の稼働時間で 10 年間で償却すると、減価償却費は約 営業時間あたり 5 ～ 9 米ドル .
• エネルギーコスト: 6 kW の機械は合計で約 15 ～ 20 kW を消費します (チラー、コンプレッサー、抽出を含む)。 0.12 米ドル/kWh の場合、エネルギーコストは次のとおりです。 1 時間あたり 1.80 ～ 2.40 米ドル —同等の電力でのプラズマ切断よりも大幅に低い。
• アシストガス代： 高圧 (12 ～ 20 bar) の窒素は、ステンレスおよびアルミニウムの切断にかかる最大の消耗品コストです。窒素を使用して 3 mm ステンレスを切断する 6 kW の機械は、約 30～50m3/時間 ; USD 0.15 ～ 0.25/m3 (バルク窒素) の場合、1 時間あたり USD 4.50 ～ 12.50 となります。炭素鋼の酸素切断では、1 時間あたりのガス消費量が約 10 分の 1 になります。
• ノズルとレンズのメンテナンス: 切断ノズル (各 5 ～ 15 米ドル) の切断時間は、材料に応じて通常 8 ～ 40 時間です。保護レンズ (50 ～ 200 ドル) は 200 ～ 500 時間持続します。これらの消耗品コストは通常、 営業時間あたり 1 ～ 3 米ドル .

コストレバーとしてのネスト効率

板金レーザー切断機の場合、通常、材料費は次のとおりです。 総部品コストの 60 ～ 80% 。シート上の部品レイアウトを最適化するネスティング ソフトウェアにより、材料使用率が 70% (単純な手動ネスティング) から 70% に向上します。 85 ～ 92% (残材管理による自動ネスティング)、レーザープロセス自体に変更を加えることなく、部品あたりのコストを 15 ～ 25% 直接削減します。

チューブおよびプロファイルレーザー切断機

フラットシートレーザー切断機が最も一般的な用途ですが、チューブおよびプロファイルレーザー切断機は、4 ～ 6 軸システムの切断ヘッドを通してワークピースを回転および前進させ、円形チューブ、正方形セクション、長方形セクション、および構造プロファイルまでレーザー精度を拡張します。

• サドルのカットとジョイントの対処: CNC がチューブを回転させて前進させながら、レーザーがサドルカットの複雑な曲面形状をトレースし、手作業での研磨を必要とせずに正確にフィットしたチューブ間の接合部を生成します。はめあい精度 ±0.3mm サドルカットでは溶接ギャップの変動が減少し、構造チューブアセンブリの溶接品質が向上します。
• スロットと穴の切断: 長方形のスロット、円形の穴、長方形の開口部、および複雑なパターンを、チューブの長さに沿った任意の位置およびその周囲のチューブ壁に切断することができ、従来の装置では個別の穴あけまたはフライス加工作業が必要だった接続機能が組み込まれた構造部材が可能になります。
• 生産性: チューブレーザー切断機は、標準的な 6 メートルの構造セクションを 8 つの切断操作 (長さの切断 7 つのフィーチャー) で処理できます。 3分 同等の手動鋸引き、穴あけ、研削作業の場合は 15 ～ 40 分です。

ソフトウェアと自動化の統合

生産性の可能性を最大限に引き出す レーザー切断機 これは、マシンが周囲のデジタル ワークフローと統合された場合にのみ実現されます。

• CAD/CAM およびネスティング ソフトウェア: DXF または DWG の部品形状はネスティング ソフトウェアに直接インポートされ、自動的に部品をシート上に配置し、切断プログラムを生成し、材料使用率、スクラップ重量、推定切断時間を計算します。これにより、手動プログラミングが不要になり、ジョブのセットアップ時間が数時間から数分に短縮されます。
• 自動シートのロード/アンロード: パレット チェンジャー (2 ～ 10 枚のシート パレットを保管) を使用すると、機械の切断中にオペレーターがシートを事前にロードできるため、ほぼ連続的な操作が可能になります。自動マテリアルハンドリングロボットを備えたタワーストレージシステムは、 無人夜間生産 20 ～ 50 枚のシート パレットを保管し、夜間勤務中に自動的にシートを機械に供給します。
• 選別と部品除去: 自動仕分けシステムは、吸引カップまたは磁気グリッパーを使用して、切断された部品をスケルトンから持ち上げ、ラベル付きのビンまたはコンベアレーンに置きます。これにより、ジョブ間にオペレータが介入することなく、生のシートから仕分けされた完成部品まで完全に自動化された部品の流れが可能になります。

レーザー切断機に関するよくある質問

レーザー切断端に縞模様 (線) が発生する原因は何ですか?

ストライエーションは、アシスト ガスによって切り溝からメルト フローが放出される際のメルト フローの振動によって引き起こされる、切断面上の周期的な表面マークです。酸素を含む炭素鋼では、厚い材料 (8 mm 以上) では多少の縞模様が生じるのは正常です。窒素を含むステンレスやアルミニウムでは、ストライエーションはプロセス パラメータの偏差の兆候です。通常は、切断速度がわずかに高すぎる、ガス圧力が低すぎる、または焦点位置が正しくありません。これらのパラメータを最適なウィンドウ内で調整すると、通常、目に見える縞模様がなくなり、ほとんどの用途でカット後の仕上げ要件がゼロになります。

レーザー切断機は亜鉛メッキまたはコーティングされた板金をどのように処理しますか?

溶融亜鉛めっき鋼板 (Z275 コーティング、亜鉛層約 20 µm) は、圧縮空気アシスト ガスを使用してレーザー切断できます。これにより、過剰なヒュームを発生させることなく、亜鉛を多く含む溶融物を酸化して排出することができます。塗装済み (プライマー塗装) のスチールや粉体塗装された材料も切断できますが、厚い有機コーティング (80 μm 以上) はエッジ焼けやヒューム除去要件の増加を引き起こす可能性があります。いずれの場合も、レーザー切断機のプロセスは コーティングを除去する必要がありません 切断前に、コーティングの前処理が必要になることが多いプラズマ切断や火炎切断に比べて、大きな利点があります。

レーザー切断機は小ロットや試作品の生産に適していますか?

はい - レーザー切断機は、難しい工具を必要としないため、小ロットおよび試作品の作業に最も経済的なプロセスの 1 つです。新しいパーツ ジオメトリは、DXF ファイルをアップロードしてシート上にネストすることによって導入されます。最初の部分は内でカットできます CAD ファイルの受信に 10 ～ 30 分 。金型のコスト、セットアップのリードタイム、最小注文数量がないため、レーザー切断機はあらゆる業界の板金部品の標準プロトタイピング方法となっています。

表面の汚染を防ぐために、レーザーカットされた部品はどのように扱われるべきですか?

レーザーカットされたステンレス鋼部品は、指紋の汚染を防ぐために、清潔な手袋または吸盤リフターを使用して取り扱う必要があります (指紋からの鉄の転写は錆汚れの原因となります)。酸素で切断された炭素鋼部品は、切断端に薄い酸化鉄の層が形成されます。この層は、塗装または亜鉛メッキの前に、機械的なブラシまたは酸洗いによって除去する必要があります。窒素で切断されたアルミニウム部品は、酸化物のないきれいな表面を持ち、さらなる表面処理なしですぐに陽極酸化できます。