建築材料におけるレーザー技術の応用

レーザーは高エネルギーを利用して材料と相互作用し、加工効果を実現します。レーザービームの最も容易な応用分野は金属材料であり、開発が最も成熟した市場です。

金属材料には、鉄板、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム合金などがあります。鉄板と炭素鋼は、主に自動車、建設機械部品、パイプラインなどの金属構造部品として使用され、比較的高出力の切断や溶接が求められます。ステンレス鋼は浴室、台所用品、包丁などによく使用され、厚さに対する要求は高くないため、中出力レーザーで十分です。

中国の住宅建設や各種インフラ整備は急速に発展しており、多くの建築資材が使用されています。例えば、中国は世界のセメントの半分を消費し、鉄鋼使用量も世界最大です。建築資材は中国経済の柱となる産業の一つと言えるでしょう。建築資材には多くの加工が必要ですが、レーザー技術は建築資材においてどのような応用が期待されていますか？現在、異形鉄筋や鉄筋で作られた基礎や構造物の建設は、主に油圧せん断機やグラインダーで加工されています。レーザーは、パイプライン、ドア、窓の加工によく使用されています。

金属パイプのレーザー加工

建設用途のパイプには、水道管、石炭ガス管、下水道管、フェンス管などがあり、金属管には亜鉛メッキ鋼管やステンレス鋼管などがあります。建設業界では強度と美観への要求が高まり、パイプの切断ニーズも高まっています。一般的なパイプは、納品前の長さが10メートル、場合によっては20メートルにもなります。様々な業界に供給された後、用途の違いにより、様々な業界のニーズを満たすために、様々な形状やサイズの部品に加工する必要があります。

高度な自動化、高効率、高出力を特徴とするレーザーパイプ切断技術は、パイプ業界で急速に普及しており、様々な金属パイプの切断に最適です。厚さが一般的に3mm未満の金属パイプは、1000ワットのレーザー切断機で切断でき、3000ワット以上のレーザー出力では高速切断が可能です。従来、研磨ホイール切断機でステンレス鋼管を切断するには約20秒かかっていましたが、レーザー切断ではわずか2秒で切断できるため、効率が大幅に向上します。そのため、レーザーパイプ切断装置は、過去4～5年で多くの従来の機械式ナイフ切断装置に取って代わりました。パイプレーザー切断の登場により、従来の鋸、パンチング、ドリリングなどの工程が機械内で自動的に完了するようになりました。切断、穴あけ、輪郭切断、パターン文字切断などが可能です。パイプレーザー切断プロセスでは、必要な仕様をコンピューターに入力するだけで、装置が切断作業を自動的かつ迅速かつ効率的に完了します。自動送り、クランプ、回転、溝切断は、丸パイプ、角パイプ、平パイプなどに適しています。レーザー切断は、パイプ切断のほぼすべての要件を満たし、効率的な処理モードを実現します。

レーザーチューブ切断

ドアと窓のレーザー加工

ドアと窓は中国の不動産建設業界において重要な部品です。すべての住宅にドアと窓は必要です。業界の需要の高まりと生産コストの年々上昇により、ドアと窓製品の加工効率と品質に対する要求はますます高まっています。

ドア、窓、防犯金網、手すりの製造に使用されるステンレス鋼の大部分は、厚さ2mm以下の鋼板と丸カンです。レーザー技術は、鋼板と丸カンの高品質な切断、くり抜き、パターン切断を実現します。ハンドヘルドレーザー溶接により、ドアや窓の金属部品のシームレスな溶接が容易に実現できます。スポット溶接で発生する隙間や目立つはんだ接合部がなく、ドアや窓の優れた性能と美しい外観を実現します。

ドア、窓、防犯金庫、ガードレールの年間消費量は膨大で、切断や溶接は小型・中型レーザー出力で実現可能です。しかし、これらの製品のほとんどは住宅の規模に合わせてカスタマイズされており、小規模なドア・窓設置業者や装飾会社によって、最も伝統的かつ主流の切断研磨、アーク溶接、火炎溶接などの加工が行われています。レーザー加工が従来の加工工程に取って代わる余地は大きく残されています。

レーザー溶接セキュリティドア

非金属建築材料におけるレーザー加工の可能性

非金属建築資材には、主に陶磁器、石材、ガラスなどが含まれます。これらの加工は、砥石や機械刃物を用いて行われますが、その作業は完全に手作業と位置決めに依存しています。また、加工中に大量の粉塵や破片、そして不快な騒音が発生し、人体に甚大な被害をもたらす可能性があります。そのため、この仕事に就きたいと考える若者はますます少なくなっています。

これら3種類の建築材料はいずれも欠けやひび割れが発生する可能性があり、ガラスのレーザー加工が開発されています。ガラスの成分はケイ酸塩や石英などであり、レーザー光と反応して切断加工を行うことができます。ガラス加工については多くの議論がなされてきました。一方、セラミックや石材については、レーザー切断はほとんど検討されておらず、更なる研究が必要です。適切な波長と出力のレーザーが見つかれば、セラミックや石材もより少ない粉塵と騒音で切断できる可能性があります。

オンサイトレーザー加工の探究

住宅建設現場や道路、橋梁、線路などのインフラ整備プロジェクトでは、資材を現場で建設・敷設する必要があります。しかし、レーザー機器によるワークピースの加工は、多くの場合、作業場内で行われ、その後、ワークピースは別の場所に輸送されて加工されます。そのため、レーザー機器が様々な応用シナリオにおいて、リアルタイムのオンサイト加工をどのように実現できるかを探ることは、将来のレーザー開発における重要な方向性となる可能性があります。

例えば、アルゴンアーク溶接機は広く普及しており、低コスト、優れた可搬性、低消費電力、高い安定性、優れた適応性といった特徴を備え、いつでも現場に持ち運んで加工することができます。この点において、ハンドヘルドレーザー溶接機の登場は、現場でのレーザー加工の可能性を広げ、その応用シナリオをさらに探求する機会を与えています。ハンドヘルドレーザー溶接機と水冷装置をよりコンパクトなサイズに統合し、建設現場での使用が可能になりました。

金属部品の錆は非常に厄介な問題です。錆びが適切なタイミングで処理されない場合、製品は廃棄される可能性があります。レーザー洗浄の発達により、錆の除去はより容易で効率的になり、加工あたりの消費コストも低下しました。建設現場で移動できず洗浄が必要なワークピースに対応するために、専門的な訪問レーザー洗浄サービスを提供することは、レーザー洗浄の発展方向の一つとなる可能性があります。南京のある企業は、車載式モバイルレーザー洗浄装置の開発に成功しており、さらにいくつかの企業はバックパック型の洗浄機を開発し、建物の外壁、雨水桝、鉄骨構造などの現場洗浄を実現し、レーザー洗浄の現場加工に新たな選択肢を提供しています。

S&A ハンドヘルドレーザー溶接機冷却用チラー CWFL-1500ANW