ファイバーレーザー切断機とは何ですか?

ファイバーレーザー切断機とは

目次

ファイバーレーザー切断機とは?ファイバーレーザー切断機は、ファイバーレーザー発生器を光源とするレーザー切断機です。ファイバーレーザーから放射される高エネルギーレーザービームを用いて切断を行う装置です。

金属加工、航空宇宙、電子機器製造などの分野で広く利用されており、その高効率、高精度、柔軟な加工能力は市場で高く評価されており、現代の工業製造における重要なツールの一つとなっています。

1. ファイバーレーザー切断機の紹介

CNCファイバーレーザー切断機 平面切断と斜め切断の両方に対応し、滑らかできれいな切断面を実現。金属板などの高精度切断に適しています。さらに、機械式アームにより、輸入元の5軸レーザーの代わりに3次元切断も可能です。

通常の二酸化炭素レーザー切断機と比較して、スペースとガス消費量を節約でき、光電変換率が高く、新しい省エネで環境に優しい製品であり、世界をリードする技術製品の一つでもあります。

ファイバーレーザーとは、高エネルギー密度のレーザービームを出力し、これを加工対象物の表面に集中させることで、加工対象物上の超微細な焦点に照射された部分を瞬時に溶融・蒸発させる、国際的に新しく開発されたタイプのファイバーレーザーです。

自動切断は、CNC機械システムを介してスポットの位置を移動させることで実現されます。大型のガスレーザーや固体レーザーと比較して、ガスレーザーは明らかな利点を有しており、高精度レーザー加工、LiDARシステム、宇宙技術、レーザー医療などの分野で徐々に重要な候補として発展してきました。

ファイバーレーザー切断機の動作原理

1) 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伝送により発生した高エネルギーレーザービームを材料表面に集束させ、非常に短時間で融点または気化点まで加熱し、溶融または気化した材料を補助ガス(酸素、窒素、空気など)によって吹き飛ばすことで切断を実現します。

2) 主な構成要素

ファイバーレーザー:

高エネルギー密度のレーザービームを提供するコアコンポーネント。

カッティングヘッド:

集束レンズ、ノズル、センサーが含まれており、レーザービームを材料の表面に集束させる役割を果たします。

伝送システム:

切断ヘッドの正確な動きを保証するサーボモーター、ガイドレール、ラックが含まれています。

制御システム:

CNC システムは、切断パス、速度、電力などのパラメータを制御するために使用されます。

補助ガスシステム:

切断プロセスを支援するために酸素、窒素、または空気を供給します。

冷却システム:

装置の安定した動作を確保するためにレーザーと切断ヘッドを冷却するために使用されます。

機械本体:

加工精度を確保するために、通常は高強度材料で作られた安定した加工プラットフォームを提供します。

2. ファイバーレーザー切断機の主な特徴

プレートファイバーレーザー切断

ファイバーレーザー切断機の特徴は何でしょうか?以下のように分析できます。

  • ファイバーレーザーは高い電気光変換効率を有し、その変換効率は30%を超えます。低出力ファイバーレーザーはチラーを必要とせず、空冷式であるため、動作時の消費電力を大幅に削減し、運用コストを削減し、最高の生産効率を実現します。
  • レーザーは動作中に電気エネルギーのみを必要とし、レーザーから追加のガスは発生しないため、運用コストとメンテナンスコストは最小限に抑えられます。
  • ファイバーレーザーは半導体モジュール性と冗長設計を採用しており、共振空洞内に光学レンズがなく、起動時間が不要で、調整やメンテナンスが不要で、安定性が高く、アクセサリコストとメンテナンス時間を削減できるなどの利点があり、従来のレーザーとは比べものになりません。
  • ファイバーレーザーの出力波長は1.064マイクロメートルで、CO2波長の1/10です。出力ビーム品質は良好で、パワー密度が高く、金属材料への吸収性に優れています。優れた切断・溶接性能を備え、加工コストを最小限に抑えます。
  • 装置全体は光ファイバーを介して伝送されるため、反射板などの複雑な導光システムは不要です。光路はシンプルで構造が安定しており、外部光路はメンテナンスフリーです。
  • カッティングヘッドには保護レンズが内蔵されており、焦点合わせレンズなどの貴重な消耗品の消費を最小限に抑えます。
  • 光は光ファイバーを通じてエクスポートされるため、機械システムの設計が非常にシンプルになり、ロボットや多次元ワークベンチとの統合も容易になります。
  • レーザーにシャッターを追加することで、複数のマシンで使用可能になります。光ファイバー分岐により、複数のチャネルに分割して同時に動作させることができるため、機能拡張やアップグレードが簡単かつシンプルになります。
  • ファイバーレーザーは体積が小さく、重量が軽く、動作位置を移動でき、設置面積も小さいという特徴があります。

1) カスタマイズされたビーム

ファイバーレーザー切断機のカスタマイズされたビーム形状は、単一の円形レーザービームを使用する従来のレーザー切断と比較して、新しい切断プロセスでは複雑なレーザービーム形状を採用するという原理に基づいています。

高出力シングルモードファイバーレーザーの独自の集光特性を利用することで、複雑なビーム形状を生成し、レーザーエネルギーの一部を分離して「キーホール」を形成し、レーザー溶接や切断用途に利用できます。残りのエネルギーは溶融材料に分配されます。これ以前は、メインビームを用いて溶融材料の表面に適切な高蒸気圧分布を形成していました。

これにより、切開部から流出する溶融材料に局所的な圧力を加えることが可能になり、レーザー切断で一般的に用いられる同軸ガス注入の圧力をはるかに上回ります。その結果、非常に狭い切開幅を実現できます。この新しいプロセスは、広い切断速度範囲でバリを発生せず、狭い輪郭切断でも高速切断が可能で、高品質の切断面が得られるため、大きな可能性を秘めています。

2) ラピッドプロトタイピング

ファイバーレーザー切断機におけるラピッドプロトタイピング技術は、CADモデルに基づいてサンプルや部品を直接製造する技術の総称です。CAD技術、CNC技術、レーザー技術、材料技術といった現代の技術成果を統合し、高度な製造技術の重要な構成要素となっています。

CAD モデル (電子モデル) に基づいて、設計アイデアをプロトタイプまたは特定の機能を備えた直接製造された部品に自動的かつ直接的かつ迅速に正確に具体化することができ、金型やツールを使用せずにほぼすべての複雑なコンポーネントを生成し、設計から製造への迅速なドッキングの問題を解決します。

したがって、この技術は、製品設計を迅速に評価および修正し、製品開発サイクルを効果的に短縮し、開発コストを削減し、今日の激しい競争市場の新製品の迅速な開発と製造の要件を満たし、製品の市場競争力と企業の総合的な競争力を向上させることができます。

3) 水冷

ファイバーレーザー切断機の補助冷却装置として、チラーはファイバーレーザー切断機が一定温度で正常に動作することを保証します。ファイバーレーザー切断機専用チラーは冷凍式産業用チラーに属し、定温モードとインテリジェント温度調整モードの2つの動作モードを備え、温度制御精度は±0.3℃です。

入出力制御機器のスイッチ、冷却水流量や高温・低温アラームなどの先進機能、安定性と耐久性に優れた性能など、豊富な構成を備え、特に省エネと環境保護に優れています。

 

技術的パラメータ:

ワンストップ全自動インテリジェント温度制御: ユーザーは、さまざまな環境で温度を変更することなく、適切な制御温度に自動的に切り替えることができます。

CW-6100AT: 300W~1000Wのファイバーレーザー1台の冷却に適用できます。

ヒーターと浄水水質設定を装備。

3. ファイバーレーザー切断機の利点は何ですか?

SHENCHONG CNCファイバーレーザー切断機

主な特徴

効率的なエネルギー変換:

ファイバーレーザーの電気光変換効率は30%と高く、従来のCO₂レーザーよりもエネルギー効率に優れています。

高精度:

レーザービームは集光後の直径が小さく、スリットも狭く、切断精度は±0.1mmです。

高速切断:

特に薄板金属の高速加工に適しており、従来の方法よりも切断速度が速くなります。

メンテナンスコストが低い:

ファイバーレーザーはメンテナンスフリーの設計を採用しており、耐用年数が長く、運用コストが低くなっています。

優れた素材適応性:

炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅など、さまざまな金属材料を切断できます。

環境保護:

処理中に騒音や汚染がなく、環境に優しい製造要件に準拠しています。

CO2レーザー切断機に対するファイバーレーザー切断機の利点

  • 優れたビーム品質:焦点スポットが小さくなり、切断ラインが細かくなり、作業効率が向上し、処理品質が向上します。
  • 非常に高い切断速度:同じ出力の CO2 レーザー切断機の 2 倍のパワー。
  • 極めて安定的: 世界クラスの輸入ファイバーレーザーを使用し、安定したパフォーマンスと主要コンポーネントの耐用年数が最大 100,000 時間です。
  • 非常に高い電気光変換効率:ファイバーレーザー切断機の光電変換効率は約 30% で、CO2 レーザー切断機の 3 倍であり、省エネで環境に優しいです。
  • 極めて低い使用コスト: 機械全体の消費電力は、同様の CO2 レーザー切断機のわずか 20 ~ 30% です。
  • メンテナンスコストが極めて低い:レーザー作動ガスは不要。反射レンズを必要としない光ファイバー伝送。メンテナンスコストを大幅に削減できます。
  • 製品の操作とメンテナンスが簡単:光ファイバー伝送なので、光路の調整は不要です。
  • 超強力なフレキシブル光ガイド効果:コンパクトなサイズ、コンパクトな構造、柔軟な処理要件を簡単に満たします。

もちろん、二酸化炭素レーザー切断機と比較すると、光ファイバーの切断範囲は比較的狭くなります。波長の関係で、金属材料しか切断できず、非金属材料には吸収されにくいため、切断範囲に影響を及ぼします。

YAGレーザー切断機と比較した利点

  • 切断速度:ファイバーレーザー切断機の速度はYAGの4~5倍で、大規模な加工や生産に適しています。
  • 使用コスト:ファイバーレーザー切断機の使用コストは、YAG固体レーザー切断機よりも低い。
  • 光電変換効率:ファイバーレーザー切断機の光電変換効率はYAGの約10倍です。

対応するファイバーレーザーの価格は比較的高いため、ファイバーレーザー切断機の価格はYAGレーザー切断機よりもはるかに高くなりますが、二酸化炭素レーザー切断機よりもはるかに低くなります。しかし、その費用対効果は3つの中で最も高いと言えます。

4. ファイバーレーザー切断機の欠点は何ですか?

ファイバーレーザー切断機は金属加工において多くの利点がありますが、いくつかの欠点と制限もあり、主に次の側面に反映されます。

1) 設備コストが高い

ファイバーレーザー切断機、特に高出力機器の初期購入コストは高くなります。

中小企業にとっては、投資コストを回収するのに長い時間がかかる可能性があります。

 

2) 反射率の高い材料の切断における課題

反射率の高い材料(銅、アルミニウム、銀、金など)を切断する場合、レーザー光の一部が反射し、切断効率が低下する可能性があります。レーザー反射による機器への損傷を軽減するには、特別な処理や構成(反射防止装置など)が必要です。

この場合、専門メーカーは 高品質のせん断機.

 

3) 厚板の切断能力が限られている

ファイバーレーザー切断機は薄板や中厚板(通常25mm未満)では良好な性能を発揮しますが、より厚い金属板では、切断速度と品質がプラズマ切断やウォータージェット切断ほど優れない場合があります。厚板切断にはより高出力のレーザーが必要となり、コストがさらに増加します。

 

4) 処理環境に対する高い要件

装置の正常な動作を確保するには、安定した電源と冷却システムが必要です。また、埃や油が光学系に影響を与えないように、処理環境を清潔に保つ必要があります。

 

5) メンテナンスおよび消耗品費

ファイバーレーザー自体のメンテナンス要件は低いものの、切断ヘッド、レンズ、ノズルなどの他の部品は定期的なメンテナンスと交換が必要です。また、補助ガス(窒素、酸素など)の消費量も、特に長時間かつ高強度で切断を行う場合、運用コストを増加させます。

 

6) 運用と技術的閾値

操作には熟練した技術者が必要であり、特に複雑な部品のプログラミングやパラメータ調整には熟練した技術者が必要です。不適切な操作は、切断品質の低下や機器の損傷につながる可能性があります。

 

7) 材料の制限

木材、ガラス、特定のプラスチックなどの非金属材料の加工能力は限られているため、通常は他の種類のレーザー切断装置(CO₂レーザー切断機など)が必要になります。特定のコーティングや複合材料は、切断結果に悪影響を与える可能性があります。

 

8) 加工精度の工作機械の安定性への依存性

切削精度は、工作機械の構造安定性と動作精度に大きく依存します。工作機械の品質が低かったり、長期間の使用で摩耗したりすると、加工精度に影響を及ぼします。

 

9) 複雑な初期設定とデバッグ

複雑な部品や特殊な材料の場合、最適な切断効果を得るにはパラメータを複数回調整する必要があります。パラメータ設定が不適切だと、切断品質が不安定になる可能性があります。

 

これらの欠点にもかかわらず、ファイバーレーザー切断機は、その高い効率性と高精度により、多くの産業において依然として不可欠なツールです。潜在的な欠点は、高品質な機器の選択、プロセスパラメータの最適化、メンテナンスの強化、オペレーターのトレーニングによって克服できます。

初期設備コストが高く、反射率の高い材料(銅やアルミニウムなど)を切断する場合は特別な設定が必要になる場合があります。

5. ファイバーレーザー切断機を選択するための重要な要素

- 力

材料の種類と厚さに応じて適切なレーザー出力を選択します。

– 処理サイズ

ワークのサイズに合った機械テーブルを選択します。

– ブランドとサービス

成熟した技術と完璧なアフターサービスを備えたブランドを選択してください。

– 補助機能

自動積み込み・積み下ろし、パイプ切断機能などにより生産効率が向上します。

6. 結論

ファイバーレーザー切断機とは何でしょうか?答えは次のとおりです。ファイバーレーザー切断機は、板金加工における技術革命であり、板金加工における「マシニングセンター」です。レーザー切断機は、高い柔軟性、高速切断速度、高い消費効率、そして短い製品消費サイクルを特徴としており、幅広い顧客を獲得しています。

ファイバーレーザー切断機は、加工中に切削力がかからず、変形も発生しません。工具の摩耗もなく、データ整合性も良好です。単純な部品から複雑な部品まで、レーザー加工機で精密かつ迅速に成形・切断できます。切断幅が狭く、切断品質も良好で、自動化レベルも高く、操作も簡単で、労働強度も低く、汚染もありません。自動切断レイアウトとネスティングも完了し、データの適用率が向上し、消費コストが削減され、経済効率も向上します。この技術の有効寿命は長いです。

現在、海外ではファイバーレーザー切断機は主に2MMを超える板金板材に使用されています。多くの海外専門家は、今後30~40年がレーザー加工技術の発展の黄金期(板金加工の発展方向)になると分析しています。

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