ファイバーレーザー切断機 VS CO2レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機 VS CO2レーザー切断機

目次

ファイバーレーザー切断機とCO2レーザー切断機は、2つの一般的な産業用レーザー切断装置です。光源、適用材料、切断速度、消費電力、メンテナンスコストなどにおいて、両者には明らかな違いがあります。以下に詳細な比較を示します。

1.ファイバーレーザー切断機VS CO2レーザー切断機:動作原理

CO2レーザー切断機の動作原理と ファイバーレーザー切断機 明らかに異なっており、主にレーザー生成方法、ビーム伝送方法、波長、エネルギー変換効率などの面に反映されています。

ファイバーレーザー切断機の動作原理:

ファイバーレーザー切断機の動作原理

(1)レーザー発生

レーザー媒体としてイッテルビウムなどの希土類元素を添加したファイバーを使用し、光ポンピング技術により光信号を増幅して高エネルギーレーザービームを生成します。

主な波長は1.06μm(近赤外線)です。この波長は金属材料に対する吸収率が高いため、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、チタンなどの金属材料の切断に適しています。

(2)ビーム伝送

ファイバーレーザーは反射鏡を必要とせず、柔軟な光ファイバーを介して伝送されます。追加の光学調整装置を必要とせず、切断ヘッドに直接伝送できます。

光ファイバーは伝送損失が極めて低いため、切断効率が高く、エネルギー利用率も優れています。

(3)切断工程

集中したファイバーレーザービームが金属表面に照射され、材料が急速に溶解して蒸発します。

高圧補助ガス(酸素、窒素、空気)の助けを借りてスラグが吹き飛ばされ、切断速度と品質が向上します。

切断速度が速く、熱影響部が小さく、バリがほとんど出ないため、高精度の金属切断に適しています。

CO2レーザー切断機の動作原理:

CO2レーザー切断機の動作原理

(1)レーザー発生

レーザー媒体としてCO2ガス(主成分:二酸化炭素、窒素、ヘリウム)を使用し、高電圧の電気でCO2ガスを励起してレーザー光を発生させます。

主な波長は10.6μm(遠赤外線)で、非金属材料に対する吸収率が高いため、木材、プラスチック、アクリル、皮革、ゴム、布などの非金属材料の切断に特に適しています。

(2)ビーム伝送

CO2 レーザービームは光ファイバーを介して伝送することはできませんが、反射器とレンズを使用してビームを誘導し、最終的に切断する材料の表面に焦点を合わせます。

レンズと反射鏡を使用するため、この装置には光学調整に対する高い要件があり、光学装置は定期的にメンテナンスおよび交換する必要があります。

(3)切断工程

集中した CO2 レーザービームが材料の表面に照射され、材料がレーザーエネルギーを吸収して溶融または気化温度まで加熱されます。

補助ガス(酸素、窒素、空気)の併用により溶融物や酸化物を吹き飛ばし、精密な切断を実現します。

非金属および一部の金属材料に適用可能 (金属は反射率が高く、CO2 レーザーのエネルギー利用率は低い)。

動作原理の比較と概要:

タイプ

CO₂レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機

レーザー波長

10.6μm(遠赤外線)

1.06μm(近赤外線)

レーザー媒体

CO₂ガス放電励起によりレーザーが生成される

希土類元素添加光ファイバー増幅レーザー

ビーム伝送方式

反射板を通して透過

光ファイバーで直接伝送

適用範囲

非金属材料および一部の金属材料に適しています

主に金属切断に使用されます

  • CO₂レーザーはガス放電によりレーザー光を生成し、そのビームはレンズと反射器によって伝送されるため、非金属材料に適しています。
  • ファイバーレーザーは光ファイバー伝送を採用しており、反射器がないため、高精度の金属加工に適しています。

2. 適用可能な材料の比較

CO₂レーザー切断機に適用可能な材料:

  • 非金属材料:木材、アクリル、プラスチック、布、皮革、ゴム、ガラス、セラミック、紙など。
  • 一部の金属(コーティングまたは酸素補助が必要):炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金(効率が低い)。

ファイバーレーザー切断機に適用可能な材料:

  • 金属材料(高切断効率):炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮、チタンなど。
  • 非金属には適していません(波長1.06μmの吸収率が低いため、木材、プラスチック、ガラスなどは切断が困難です)。

適用材料の比較表:

素材の種類

CO₂レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機

炭素鋼

切断可能(遅い、酸素が必要)

最良の選択(高速、高品質の切断)

ステンレス鋼

切断可能(窒素または酸素が必要)

最良の選択(切断速度が速く、バリがない)

アルミニウム

切断可能(高出力レーザーが必要)

カット可能(ただし反射しやすいため高出力が必要)

切断しにくい(反射率が高い)

切断可能(高出力レーザーが必要)

真鍮

切断しにくい(反射率が高い)

切断可能(高出力レーザーが必要)

チタン合金

切断可能(ただし遅い)

切断に適しています

亜鉛メッキ鋼

切断可能(窒素が必要)

切断可能(酸化を防ぐ)

木材

最良の選択

不適切

アクリル

ベストチョイス(スムースカット)

不適切

プラスチック

カットできる

不適切

レザー

カットできる

不適切

カットできる

不適切

ゴム

カットできる

不適切

ガラス

切断不可(表面彫刻は可能)

カットできません

CO2 レーザーとファイバーレーザーが異なる材料に適しているのはなぜですか?

(1)レーザー波長は材料の吸収率に影響を与える

ファイバーレーザー波長:1.06μm(近赤外光)
  • 金属材料(炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅など)は1.06μmの光に対する吸収率が高いため、切断速度が速く、切断品質が高くなります。
  • 非金属材料(木材、プラスチック、アクリルなど)は 1.06μm の光に対する吸収率が低いため、効果的にカットできません。

 

CO2レーザー波長:10.6μm(遠赤外線)
  • 非金属材料(木材、アクリル、プラスチック、皮革、布など)は10.6μmの光に対する吸収率が高いため、切断効果が良好です。
  • 金属材料(銅、アルミニウム、ステンレスなど)は 10.6μm の光に対する反射率が高く、エネルギー利用率が低くなり、切断速度が遅くなります。

(2)金属の高い反射率

銅やアルミニウムなどの反射率の高い金属は、CO2 レーザーの反射率が高く、レーザーが損傷しやすいため、切断にはコーティングや高出力レーザーが必要になります。

ファイバーレーザーは波長が短く、エネルギー密度が高いため、切断が容易です。

ファイバーレーザー切断機とCO2レーザー切断機に適用可能な材料の概要:

  • CO₂レーザーは、広告、衣料品、包装、木工、手工芸品などの産業における非金属加工に適しています。
  • ファイバーレーザーは、板金加工、自動車製造、航空宇宙、ハードウェア加工などの金属加工に適しています。

3. 切断効率と速度

切断効率比較表:

比較項目

CO₂レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機

切断速度(薄い金属)

遅い(ファイバーレーザーは2~3倍速い)

高速、高速切断に最適

切断厚さ(鋼)

≤20mmを切断可能(高出力)

≤50mmを切断可能(高出力)

エネルギー変換率

10%-15%

30%-50%

切断精度

高い(0.1mm)

高い(0.05mm)

  • 薄い金属材料(ステンレス鋼、炭素鋼など、厚さ10mm以下):ファイバーレーザーの切断速度はCO₂レーザーの2~3倍です。
  • 厚い金属材料(20mm超):CO₂レーザーとファイバーレーザーを使用できますが、ファイバーレーザーの方がエネルギー消費量が少なく、ファイバーレーザーの方が切断効率が高く、エネルギー利用率も高くなります。
  • 非金属材料(アクリル、木材など):CO₂レーザーの方が適しており、ファイバーレーザーではほとんど切断できません。
  • CO₂レーザーは非金属の切断速度が速いですが、金属の切断速度はファイバーレーザーに比べてはるかに劣ります。

パフォーマンス比較表:

テム

CO₂レーザー

ファイバーレーザー

光電変換効率

10%-15%

25%-35%

切断速度(板金)

遅い

速い

光線品質

良い

より良い

エリア

大きい

小さい

使いやすさ

平均

良好(高度な自動化)

4. 切断品質

切断品質比較表:

比較項目

CO₂レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機

切開の質

滑らかなカット(特に非金属)

金属の刃先はより滑らか

熱影響部(HAZ)

大きい(10.6μmの波長の吸収が深い)

小さい(1.06μmの波長は吸収率が高い)

アシストガス

必要(酸素、窒素、空気)

必要(酸素、窒素)

  • CO₂レーザーは非金属を切断する場合、滑らかなエッジが得られますが、金属を切断する場合はバリが発生しやすいため、後処理が必要になります。
  • ファイバーレーザーは、エッジがきれいで熱影響部が小さいため、金属材料の切断品質が向上します。

5. 設備コストとメンテナンス

ファイバーレーザー切断機 VS CO2レーザー切断機のコスト比較表:

比較項目

CO₂レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機

設備費

低(中小企業向け)

高い(ただし長期的な運用コストは低い)

運用エネルギー消費

高(10-15%エネルギー効率)

低(30-50%エネルギー効率)

コアコンポーネント

レーザー管、反射鏡、レンズ

ファイバーレーザー光源、切断ヘッド

メンテナンス費用

高(レーザー管とレンズは定期的に交換する必要がある)

低(ファイバーレーザー光源の長寿命)

耐用年数

レーザー管: 8000~10000時間

ファイバーレーザー光源: >100,000時間

  • CO₂レーザー装置は初期投資は少ないものの、運用コストが高く、レーザー管、反射鏡、レンズなどの消耗品を定期的に交換する必要があります。
  • ファイバーレーザーは初期投資は高額ですが、メンテナンスコストが低く、寿命が長いため、長期的な工業生産に適しています。

6. 環境保護と安全

環境保護と安全性の比較表:

比較項目

CO₂レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機

環境保護

排煙設備が必要(非金属加工では煙や粉塵が発生する)

より環境に優しい(炭化がなく、煙やほこりが少ない)

レーザーの安全性

10.6μmのレーザーは皮膚を貫通しにくく、より安全です。

1.06μmのレーザーは目を貫通する可能性があるため、保護メガネが必要です。

  • 非金属の CO₂ レーザー加工では煙と粉塵が発生するため、追加の排煙システムが必要になります。
  • ファイバーレーザーは目にとってより危険なので、オペレーターは特別なレーザーゴーグルを着用する必要があります。

7. CO₂レーザー切断機とファイバーレーザー切断機のどちらを選ぶべきですか?

以下の場合は CO₂ レーザー切断機を選択してください。

  • 非金属材料(木材、プラスチック、アクリル、皮革、布)の加工
  • 中小企業または予算が限られている(設備コストが低い)
  • 切断と彫刻の両方を考慮する必要がある(広告、手工芸、包装業界)

以下の場合はファイバーレーザー切断機を選択してください。

  • 専門的な金属加工(炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅など)
  • 高効率・高精度(工業生産、板金加工)
  • 長期運用と低メンテナンスコスト(ファイバーレーザー光源の長寿命)

推奨される使用シナリオ:

シナリオ

推奨機器

非金属加工(木材、アクリルなど)

CO₂レーザー

精密金属加工、板金工場、自動車部品

ファイバーレーザー

大量の薄い金属板の切断

ファイバーレーザー

総合的な小規模工場、教育、科学研究

予算と素材の種類によって異なります

まとめ:

比較項目

CO₂レーザー切断機

ファイバーレーザー切断機

適用可能な材料

非金属、一部の金属

主に金属

切断速度

遅い(特に金属)

より高速(特に薄い金属)

切断厚さ

≤20mm

≤50mm

設備費

低い

高い

メンテナンス費用

高(レーザー管の交換が必要)

低(ファイバーレーザー光源の長寿命)

  • CO₂レーザー切断機:非金属材料の切断や軽金属加工に適しています。成熟した技術ですが、エネルギー消費量が多く、メンテナンスコストも高くなります。
  • ファイバーレーザー切断機:効率的な金属切断、特に薄板や高反射材料の切断に適しており、効率が高く、エネルギー消費が少なく、メンテナンスが簡単で、将来の開発の主流です。
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