レーザーは木材の切断に使用でき、これはプロセスの実現可能性と実用的な用途の観点から広く検証されています。レーザー木材切断は、本質的に、高エネルギー密度のレーザービームと木材材料との熱的相互作用に基づいており、熱分解、炭化、蒸発を引き起こし、それによって材料の分離と切断を実現します。
1. レーザー木材切断の基本原理
集光後、レーザービームは木材表面に高エネルギー密度のスポットを形成します。木材中のセルロース、ヘミセルロース、リグニンは急速に分解し、高温下で蒸発反応を起こします。切断プロセス中、通常、炭化残渣を除去し、切り込みを安定させるために補助ガスが適用されます。レーザー切断は非接触加工方法であり、機械的な工具の摩耗は伴いません。
2. 木材切断に適したレーザーの種類
CO₂レーザー
CO₂レーザーの波長は10.6 μmです。木材はこの波長での吸収率が高いため、CO₂レーザーは木材切断に最も広く使用されているレーザータイプです。無垢材、合板、MDF、木質複合材料に適しています。切断効率が高く、エッジ形成が安定しています。
ファイバーレーザー
ファイバーレーザーの波長は約1.06 μmです。木材はこの波長での吸収率が比較的低いため、ファイバーレーザーは一般的に木材切断の第一選択肢ではありません。主に薄い木材シートや、低出力または特殊なプロセス条件下でのマーキング用途に使用されます。切断品質と安定性は、CO₂レーザーよりも劣ります。
3. レーザー木材切断のプロセス特性
狭い切り込みと高い加工精度で、複雑な輪郭や細かいパターンに適しています。
切断面に一定の炭化が発生します。色の濃化は熱処理の正常な結果です。
熱影響部は比較的集中しており、有意な機械的応力変形はありません。
切断速度は、木材の厚さ、密度、水分含有量、およびレーザー出力に大きく影響されます。
4. 切断性能に影響を与える主な要因
木材の種類：密度と繊維構造の違いにより、個別のパラメータのマッチングが必要です。
水分含有量：水分含有量が高いと、切断効率が低下し、炭化や焦げ付きのリスクが増加します。
レーザー出力と焦点位置：出力が不足すると切断が不完全になる可能性があり、焦点が不適切だと切り込みの品質に影響します。
補助ガス圧：圧力が不足すると、残渣が蓄積し、切断の連続性が妨げられる可能性があります。
5. 適用シナリオ
レーザー木材切断は、手工芸品の製造、家具の装飾部品、模型製作、建築装飾要素、および広告看板業界で広く使用されています。その利点には、高い加工柔軟性と優れたパターン再現性があり、少量生産やカスタマイズされた生産に適しています。
6. 制限事項
レーザー切断は、厚すぎる無垢材には適していません。厚さが増すと切断効率が大幅に低下するためです。さらに、一部の合板または多層板には複雑な接着剤成分が含まれており、切断中に大量の煙が発生する可能性があり、排気および排煙システムの要件が高くなります。
レーザーは木材の切断に使用でき、精密加工用途で成熟したプロセス基盤を持っています。適切なレーザータイプを選択し、適切なプロセスパラメータを組み合わせることが、安定した切断品質を達成するための鍵となります。