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レーザー加工

金属の表面仕上げ加工方法は、研磨加工だけではないのをご存知でしょうか。このページでは、レーザー加工について、特徴、メリットおよびデメリット、さらに研磨加工とレーザー加工はどのように違うのか、といった点について解説しています。

レーザー加工とは

レーザー加工とは、文字通り、レーザーを使用して、ワークに穴をあけたり切断したりするなどの加工をおこなう方法のことです。ワークは金属だけでなく木材、さらには柔らかいため一般的には加工しづらいとされる布やゴム素材であっても、問題なく加工することができます。

かつては手作業による加工に頼っていたような製品も、現在では、レーザー加工機を使って、よりスピーディーに加工することが可能になっています。

レーザー加工の原理

波と光を合わせることで、金属を溶かすことができるほどの威力を備えているレーザー光線。電灯の光や太陽光はさまざまな方向に光が発せられていますが、レーザーの光は、一点に集中している状態です。しかも、単色であるため、光の波長も合っています。この光線を、レーザー加工機内部のレンズにとおします。

レンズには、わかりやすい例でたとえると、ホースを細くするような役割があります。ホースが細くなれば、ホースからでてくる水の勢いは増します。ですから、レーザー加工機から、非常に高密度で強い威力の光を出すことができるわけです。

レーザー加工のメリット

手間を省き、作業効率アップを可能に

レーザー加工には金型が不要です。金型ではなく、パソコンを使って形状を作成できるため、加工をおこなっている途中で、金型を交換するなどの作業をする必要がありません。かなりの手間がはぶけるので、作業効率もかなりアップします。

またワークと工具が接触することがないため、メンテナンスにかかる手間も軽減されます。レーザー加工機のレンズやアシストエアーをきれいにする程度で済みます。

きれいに仕上げやすい

バリやカエリがそれほど発生しないのも、レーザー加工の特徴です。そのため、仕上がりもきれいです。さらに、ワークがゆがんだりひび割れたりするリスクを抑えて仕上げることも可能です。

さまざまな素材に加工を行える

幅広い素材のワークの加工が可能です。素材に応じて、レーザー加工機の出力設定やレンズ調節を行うだけでOKです。

幅ひろい加工方法が可能

穴あけや切削などといった一般的な加工だけでなく、溶接や文字を入れ込むマーキング加工、錆びにくさせるための加工など、幅ひろい加工に対応可能です。かつては複数の加工方法を組み合わせる必要があったような製品の生産も、レーザー加工でまとめておこなえるようになっています。大変便利な加工方法だといえます。

レーザー加工のデメリット

加工に要する時間が長い

切削加工やプレス加工などの方法と比較すると、時間が多くかかる点が、レーザー加工が持つデメリットのひとつとしてあげられます。幅ひろい加工方法に対応できる便利な加工方法ではありますが、スピードを重視した場合には、必ずしも第一の選択になるとは限らないでしょう。

素材が厚いと加工が難しい

適切な焦点距離の範囲でないと、レーザーのエネルギー密度が下がってしまうのも、レーザー加工のデメリットです。ですから、素材に一定以上の厚みがある場合には、加工するのが難しくなります。ただ、従来のレーザー加工機では加工が難しかったワークにも対応できるタイプのレーザー加工機も登場しているようです。

レーザー加工機自体の値段が高い

レーザー加工機は高性能な機械であるため、どうしても機械自体の値段が張ります。さらに、光熱費や定期的な部品交換のための費用もかかるので、ランニングコストを考慮に入れて使用する必要があります。

レーザー加工の種類

レーザー加工機を使っておこなえる、4種類の加工についてみていきましょう。

レーザー除去加工

熱を加えてワークを溶かし、それを吹き飛ばしたり、あるいは高いエネルギーで蒸散したりする加工方法です。ワークに穴をあけたり、切ったり、あるいは文字を書いたりすることもできます。

レーザー接合加工

熱を加えて金属や樹脂のワークを溶かし、さらに接合する加工方法です。突き合わせ溶接や重ね溶接をすることができます。

レーザー変形加工

熱を加えて変形させていくのですが、その際にワークが収縮したり反ったりするのを、しっかりと制御することも求められる加工方法です。レーザーフォーミングとも呼ばれています。

レーザー改質加工

急な加熱冷却を加えてワーク表面の組成を変えたり、あるいは全体を削ったり堆積させたりして、ワーク表面の状態を変化させていく加工方法です。

レーザー加工ができない素材

素材の中には、レーザー加工ができないものもあるので、注意が必要です。

レーザー光が反射してしまう素材

レーザー光が反射する素材にレーザー加工をほどこすことができないのは、強いエネルギーを持つレーザー光が反射すると、レーザー加工機の内部にダメージを与えてしまうからです。そのため、鏡面加工された金属や鏡には、レーザー加工機を使用することができません。

塩素が含まれている素材

塩化ビニールは身近な素材ではありますが、レーザー加工をすると化学変化を起こし、有毒ガスが発生してしまいます。塩化ビニールだけでなく、塩素の元素記号であるCLが含まれる素材には、レーザー加工をしないよう注意する必要があります。

有毒ガスが発生する素材

上述の塩素以外にも、フッ素やテフロンなどのように、有毒ガスや有害物質が発生してしまう物質があります。レーザー加工をする前に、材料メーカーに問い合わせたりデーターシートを確かめたりしておくことが大切です。

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※ISO9001認定を取得、公式サイト上に研磨事例が掲載されている会社の中から、対応領域の種類が多い3社を選定(2021年6月調査時点)
※情報参照元:三陽工業(https://sanyou-ind.co.jp/company/)、大堀研磨工業所(http://www.ohorikenma.co.jp/quality.html)、東京ステンレス研磨興業(http://www.tskenma.com/company/history.php

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