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やさしいレーザー講座 第4回~レーザー加工の原理~

皆さんこんにちは!

株式会社LDFサポートスタッフです!

これまではレーザー光について原理的な解説をしてきましたが、今回からは実加工の解説に移っていきますよ~!

第3回はコチラ!やさしいレーザー講座 第3回 ~レーザー光はどのように作られるのか~


第2章 レーザー加工
2-1レーザー加工の原理
レーザー発振器から出射されたレーザー光はどのように物を加工するのでしょうか?

小学生の頃に、理科の時間に校庭で、黒く色を塗った紙に虫メガネで焦点を合わせて太陽光を集光させて文字の形に焦がしたりしたことがありますね。

レーザー加工といっても原理はこれと同じです。
太陽光ではなくハイテク光で、レーザー光を手で動かすのではなくコンピュータで制御し、
機械的にレーザー光を動かして加工するということです。

レーザー加工機の場合は、レーザー発振器から出射されたレーザー光を光路の最後に配されている集光レンズで絞り込んで加工物表面でビームのエネルギーを高めて加工します。
レーザービームの絞り込みの最大値(ビームスポット径)は理論的にはレーザー光の波長(CO2レーザーの場合は10.6ミクロン)近くまで絞り込むことができますが現実的には、光学設計にもよりますが、CO2ガスレーザーの場合で40ミクロン程度が限度でしょう。そのビームスポット径は概ね焦点距離に比例しているので、加工の目的に合わせて集光レンズを選定します。

以上から、次のことが言えます。
・焦点距離が短くなればなるほど
 →レーザービームの集光径が小さくなる→より微細な加工ができる
・焦点距離が長くなればなるほど
 →レーザービームの集光径が大きくなる→微細な加工はできないが焦点深度が長くなる分、焦点が合う位置が長くなり焦点合わせがしやすくなる。

2-2レーザー加工のプロセス
集光レンズで絞られたレーザー光が材料に照射されてから、最終的に加工するまでの赤外レーザー光(CO2レーザーや、YAGレーザー、ファイバーレーザー等)での加工プロセスは以下の通りとなります。

レーザー加工機から出射されたレーザー光は、材料に吸収され、吸収されない残りの一部は反射又は散乱してしまいます
(吸収は加工の絶対条件であり、吸収率が高いということは加工されやすいということになります)。

材料表面の反射率が高い場合は反射され、表面がザラザラした素材の場合は散乱しやすくなります。

レーザー光が吸収されると材料が発熱、溶融され最後に加工されるというプロセスになります。

《参考情報》
「レーザー光の温度は?」とよく質問を受けますが、レーザー光そのものには、アイロンや半田ごてのように、温度はありません。レーザー光の波長が素材の表面に吸収された時に瞬時に熱が発生するのです。発生した熱の温度は加工材料によって相違します。


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