最終更新日: 2014/12/3

熱加工で代表されるアプリケーション、溶接、溶着、クラッディング(肉盛り)、焼入れでは、従来技術に代わって、多くの場面でレーザ、特に「高出力半導体レーザ」が使用されるようになってきています。本稿では、なぜレーザがその役割をとって代わるようになってきたか、レーザを使うメリットは?等の観点から簡単なFAQをご用意致しました。レーザを使って加工した実際のサンプル写真、加工の様子(ビデオ)や弊社が推奨する製品と併せてご紹介いたします。

  • 熱加工において、従来技術に代わってレーザが使われるようになってきた理由は?
  • 「溶接」でレーザを使うメリットは?
  • 「クラッディング(肉盛り)」でレーザを使うメリットは?
  • 「焼入れ」でレーザを使うメリットは?
  • 熱加工が可能なレーザの種類と「高出力半導体レーザ」のメリットは?

熱加工におてい、従来技術に代わってレーザが使われるようになってきた理由は?レーザによる熱加工の特長(メリット)は?

A1

TIG、MIG溶接のような従来技術による溶接等の熱加工では、対象物全体が加熱され、熱影響等による形状変化や材料の特性劣化が引き起こされることが多く見受けられます。これらの技術をレーザに置き換えることでさまざまなメリットがあります。

  • ・加工物に非接触で加工処理が可能な為、ワークの変色・変形・劣化が少ない
  • ・高効率で処理が可能な為、短時間に加工ができ、熱によるワークの歪みが発生しづらい
  • 異種金属や非導電性材料の加工が容易
  • 非常に精密な加工が可能。
  • ・抵抗溶接で必要になる電極のメンテナンスが不要(レーザ加工では電極を用いない為)。

レーザによる加工には、上記のような特長がある為、金属や樹脂の接合にも適しています。

コンタクト

熱加工におてい、従来技術に代わってレーザが使われるようになってきた理由は?レーザによる熱加工の特長(メリット)は?

A1

レーザ溶接は入熱量が少なく、吸収特性も良いため、熱に対する歪が大きい材質(例:SUS)にも使用可能で、非常に深い溶け込みが得られ、また高融点材料の溶接にも適しています。

レーザ光は集光性が良く、アーク溶接や抵抗スポット溶接等の従来技術と比較して、パワー密度が高く溶接速度を上げることができ、高精度、高効率な溶接が可能となります。また、入熱量が少ないため、材料の変形をミニマムに抑えることができます。

レーザ光(ビーム)は制御が容易なため、必要な部分に対してより精密な溶接が出来、また、プラスチックの溶接(溶着)にも大変適しています。(応用例:自動車部品、電子部品)

<高出力半導体レーザによるプラスチック溶着の原理>

高出力半導体レーザによるプラスチック溶着の原理

レーザ(特に半導体レーザ)は、電気・光の変換効率が高く無駄なエネルギーを使わず、より少ない材料で溶接が可能であり、ランニングコストを抑え環境にも優しい加工ができます。

コンタクト

「クラッディング(肉盛り)」でレーザを使うメリットは?

A1

レーザクラッディング(肉盛り)とは、異種金属材料を粉末・線材等で供給し、それにレーザ光を照射し母材の表面に溶融接合させる加工です。母材に対して安価に腐食、酸化、摩耗や熱疲労に対してより高い耐性を与えることが可能です。 レーザ光を用いてのクラッディング(肉盛り)加工のメリットは以下が挙げられます。

  • ・より少ない材料での肉盛りが可能 。
  • ・入熱量が少ないので、母材への熱影響を最小化できます。(変形量が少ない)
  • 高効率での処理が可能。
  • ポロシティが発生しない
  • 様々な材料の使用が可能。

コンタクト

「焼入れ」でレーザを使うメリットは?

A1

レーザ光を用いての焼入れ加工のメリットは以下が挙げられます。

  • ・レーザ光(ビーム)の強度分布が均一
  • ・表面溶接しない範囲でエネルギー密度を最大化できる。
  • 環境に優しい
  • ・処理された材料の疲労劣化が少ない
  • ・焼入れ強度が高い

コンタクト

熱加工が可能なレーザの種類と「高出力半導体レーザ」のメリットは?

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熱加工に用いられるレーザとしては、ファイバーレーザ、YAGレーザ、CO2 レーザ、高出力半導体レーザがあります。

その中で高出力半導体レーザは、小型軽量であり、ロボットアームへの取り付けが可能で、自由度の高い加工が可能です。また、ファイバー伝送ができるため、必要な箇所で精密な熱加工が可能です。ファイバー伝送せずに直接空間伝送照射すると、矩形ビームとなり、大面積処理が必要な表面改質に適しています。クラッディング(肉盛り)においては、レーザ照射に特化した肉盛材料の開発や加工ヘッドも開発されています。

また、高出力半導体レーザによる熱加工応用エリアでは、近年のエコブームに沿った再生/リサイクル応用も注目をあびています。(例:タービンブレードの修理、船のスクリューシャフトの補修/再生、等)

コンタクト

コヒレント社の熱加工向け最新製品ラインアップは?

高出力ダイレクトプロセス用システム

 

HighLight(ハイライト)Dシリーズは、4kW以上の高出力を実現するダイレクトプロセス用LDシステムです。全モデルとも、独自のマイクロチャンネル冷却技術を採用し、産業応用に求められる長時間のメンテナンスフリー動作を実現します。

HighLight Dシリーズ <フリースペースタイプ ~10 kWモデル>
HighLight Dシリーズ <フリースペースタイプ ~10 kWモデル>
  • 大面積加工に最適:
  • ・多種のビーム形状オプション
     (1x3~1x30 mm)
  • ・豊富なライン幅拡張オプション
     (1~2/3/4/5/6/8/12 mm)

大面積加工に最適

  • 大きなワークディスタンス(~275 mm)
  • レーザヘッド:小型設計
  • クラッディングノズルなど、オプションのアクセサリ類が豊富
  • 光学系の交換が容易(ビームサイズを容易に変更可)
  • Pulsed/CWオペレーション
  • ・最大出力: 10 kW (CW) @ 975 nm
  • 主な応用
    焼入れ、ろう付け、クラッディング(肉盛り)、溶接、太陽電池製造(ラインビーム)

詳細はこちら

HighLight Dシリーズによる加工と加工物質の材質
加工 材質
金属クラッディング ステンレススチール合金
耐食合金
表面硬化合金
タングステンカーバイド複合材料
309, 316L, 420,
622, 625, C-22
ステライト 1, 6, 12, 21
コルモノイ合金 5, 56, 88
Ni-Tung 60
コルモノイ合金 83
焼入れ 鋳鉄
カーボンスチール
ステンレススチール合金
普通鋳鉄
4140, 1045
420 SS, 440 SS
溶接・溶着 マイルド・スチール
ステンレススチール
チタン合金
めっき鋼鈑
1010, 1020
304, 316
Most Grades
亜鉛めっき鋼線
プラスチック/樹脂 ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)等

コンタクト

ファイバーアレイパッケージシステム

 

HighLight FAP System
HighLight FAP System

高出力レーザダイオードバーとファイバーカップリングモジュールを小型パッケージ内に一体化したFAP(Fiber Array Package)を電源部に内蔵し、ファイバー出力を実現したシステムです。 レーザダイオードモジュールを電源内に配置しているため、簡易交換が可能で、 運用時のダウンタイムを最小限に抑えることができます。高出力レーザダイオードは、MBE製法により自社生産され、チップの性能再現性に優れています。ま た、AAA(アルミニウムフリー)半導体レーザであるため、長寿命、高信頼性を実現できます。

  • 高出力安定性(6σ):±2%
  • ジッターフリーの高速立上り(立上り時間(@60W):<50 μs)
  • ファイバーのコア形状を丸型かスクエア型から選択可
  • バックリフレクションモニター付
  • ・最大出力:100W (CW) @ 810 nm
  • 主な応用
    はんだ付け、プラスチック溶着、OLED FRIT溶接、局所加熱

詳細はこちら

ビームプロファイル(可変倍率:1.2X ~1.5X)

イメージャー(オプション)にて、トップハットプロファイルを実現。

HighLight FAP System

有機ELディスプレイ(OLED)製造におけるフリット溶接加工

スマートフォンのパネルなど、ガラス-OLED-ガラスのサンドイッチ構造で構成されたOLEDパネルを製造する際に、フロントとリアのガラスプレートを融合する工程でレーザ照射によるフリット溶接が用いられます。

HighLight FAP System

コンタクト

 

レーザによる熱加工の例(写真/ビデオ)

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