高反射率材料のレーザー加工とレーザー冷却の課題

レーザー産業は、特に自動車、電子機器、機械、航空、鉄鋼といった大規模製造分野において急速に発展を遂げています。これらの業界では、従来の加工方法に代わる高度な代替手段としてレーザー加工技術が採用され、「レーザー製造」の時代を迎えています。

しかし、切断や溶接を含む高反射率材料のレーザー加工は依然として大きな課題です。この懸念は、多くのレーザー機器ユーザーが抱いており、「購入したレーザー機器で高反射率材料を加工できるのか？」「高反射率材料のレーザー加工にはレーザーチラーが必要なのか？」といった疑問を抱いています。

高反射率材料を加工する場合、レーザー内部に過剰な高反射レーザーが入射すると、切断ヘッドまたは溶接ヘッド、そしてレーザー自体が損傷するリスクがあります。高出力ファイバーレーザー製品では、反射レーザーの出力が低出力レーザー製品よりも大幅に高いため、このリスクはより顕著になります。高反射率材料の切断もレーザーにとってリスクとなります。材料が貫通していない場合、高出力の反射光がレーザー内部に入り込み、損傷を引き起こす可能性があります。

高反射素材とは？

高反射率材料とは、抵抗率が小さく、表面が比較的滑らかであるため、レーザー近傍での吸収率が低い材料です。高反射率材料かどうかは、以下の4つの条件によって判断できます。

1.レーザー出力波長から判断する

異なる出力波長のレーザーに対して、材料によって吸収率が異なります。反射率が高いものもあれば、低いものもあります。

2. 表面構造から判断する

素材の表面が滑らかであればあるほど、レーザーの吸収率は低くなります。ステンレス鋼であっても、十分に滑らかであれば高い反射率が得られます。

3. 抵抗率から判断する

抵抗率の低い材料は、一般的にレーザーの吸収率が低く、反射率が高くなります。逆に、抵抗率の高い材料は吸収率が高くなります。

4. 表面状態から判断する

物質の表面温度差は、固体か液体かに関わらず、レーザー吸収率に影響を与えます。一般的に、高温または液体状態はレーザー吸収率を高め、低温または固体状態はレーザー吸収率を低下させます。

高反射率材料のレーザー加工問題をどのように解決するか?

この問題に関しては、各レーザー機器メーカーが適切な対策を講じています。例えば、Raycus Laserは、高反射材料のレーザー加工における問題に対処するため、4段階の高反射光防止保護システムを設計しました。同時に、各種の戻り光監視機能を追加することで、異常加工発生時にレーザーをリアルタイムで保護しています。

レーザー出力の安定性を確保するにはレーザーチラーが必要です。

レーザーの安定した出力は、高いレーザー加工効率と製品歩留まりを確保するための重要な要素です。レーザーは温度に敏感であるため、正確な温度制御も不可欠です。TEYUレーザーチラーは、最大±0.1℃の温度精度、安定した温度制御、光学系冷却用の高温回路とレーザー冷却用の低温回路のデュアル温度制御モード、そして各種アラーム警告機能を備えており、高反射材料のレーザー加工装置を万全に保護します。