3Dレーザー加工の進化

3D レーザー加工に関しては、航空宇宙産業がこの技術の主要ユーザーとして際立っています。 この用途では、タービン エンジンのブレードにレーザーで冷却穴を開けます。 画像: Prima Power Laserdyne

会話の中で「マルチプロセスレーザー加工機」というフレーズが発声されたとき、金属加工業者は最初に何を考えますか? おそらく、レーザー切断とパンチングを組み合わせた機械になるでしょう。

業界のベテランの中には、40 年以上前に、当時は国際工作機械ショーとして知られていた国際製造技術ショーでデビューした最初の「複合」機械を覚えている人もいるかもしれません。 ストリップピットは CO2 レーザーをタレット パンチ プレスに設置したところ、大ヒットしたことが判明し、大多数の工場でブランクを製造する際にレーザー切断技術が主流となっています。

しかし、一部の高精度金属加工業者にとって、マルチプロセス レーザーは別の意味を持ちます。 彼らにとって、この種のレーザー加工工作機械の起源は、最初の CO2 レーザーとタレット パンチを組み合わせたマシンがデビューしてから数年前に遡ります。 ミネソタ州の一部のエンジニアは、3 軸で移動できる集束 CO2 レーザー ビームを切断や溶接に使用できる機械を開発しました。 これは、レーザーが静止していて、金属シートが取り付けられたテーブルがレーザーの下で移動した場合ではありません。 この例では、ワークピースは静止しており、ビームはそこに照射されました。

これらの 3D レーザー マシンは初期のファンを獲得しました。 ハーレーダビッドソンは、深絞り部品をトリミングするためにそれらを使用しました。 その後、C 軸と D 軸に沿って移動できるレーザー加工機がゼロックス向けに開発されました。ゼロックスは、溶接されたコンピューター フレームに穴を開けて切断するための装置を探していました。

「当時は、これは型破りな加工だと考えられていました」と、3D レーザー加工機のメーカーである Prima Power Laserdyne のベテラン従業員である Mark Ba​​rry 氏は言います。 「人々はレーザーについてあまり知りませんでした。 多くの懐疑論がありました。」

レーザーに対するそのような懐疑論は、現在では確かに存在しません。 その多くは、長年にわたり多くの金属製造会社で主力となってきた CO2 レーザー技術によって可能になりました。

しかし、ファイバーレーザー技術の発展により、状況は変わり始めました。 CO2 テクノロジーの場合のように、レーザーを作成するためにミラーとガスを備えた大きな共振器を必要とする代わりに、ファイバー レーザーが内部で作成され、光ファイバー ケーブルによって伝送されます。

ファイバー レーザー テクノロジーには、CO2 レーザーと比較して多くのメリットがあります。 ファイバー レーザーの波長 (1.06 ミクロン) は CO2 レーザー (10.6 ミクロン) よりも短いため、ファイバー レーザーの方が優れた吸収特性を示しました。 これにより、切断速度が向上し、銅、真鍮、アルミニウムなどの反射材をより効果的かつ安全に切断できるようになります。 ファイバーレーザーの集束ビームは、同様の出力の CO2 レーザーよりも高い出力密度を示します。 レーザービームの出力密度が高いということは、金属をより早く溶融状態にすることができ、より迅速な切断が可能になることを意味します。 また、ファイバー レーザーは CO2 レーザーよりもはるかにエネルギー効率が高く、メンテナンスの必要性も少なくなります。

これはまったくの経歴であり、現在、2D と 3D の世界の両方で、切断に関してはファイバー レーザーが主流のテクノロジーであることも不思議ではありません。

「昔は、レーザー切断機の電源を入れて、温まるまで 15 分ほど待っていました」とバリー氏は言います。 「それでは処理を開始できます。

ワイヤ送給装置とシールドガスの最適な分散により、レーザーを使用して、このドーム型チタン航空宇宙部品などのさまざまな反応性材料を溶接できます。

「今日ファイバーレーザーのところに行けば、電源を入れてすぐに処理を開始できます。 前日にマシンをシャットダウンしたときと同じビーム特性と品質が得られます。」

1990 年代半ばのファイバー レーザー テクノロジーは、連続波テクノロジーでした。 当時、これは 3D レーザー加工の主要な用途の 1 つとして台頭しつつあった穴あけ加工には適合していませんでした。