レーザー切断技術において、レーザー出力モードは、加工メカニズムと切断性能を決定する重要な要素の一つです。レーザーエネルギー出力の時間的分布に基づき、レーザーは主に連続レーザーとパルスレーザーに分類されます。これら2種類のレーザーは、切断用途において異なるエネルギー結合特性、熱的相互作用挙動、および加工適応性を示します。
I. 切断用途における連続レーザーの特徴
連続レーザーとは、動作中に一定の出力で安定したレーザービームを出力するレーザーを指します。レーザーエネルギーは時間的に連続的に分布し、材料は切断プロセス全体を通して一定の熱負荷を受けます。
切断中、連続レーザーは材料表面を連続的に加熱し、温度を急速に上昇させます。温度が融点または蒸発点に達すると、安定した溶融プールが形成されます。補助ガスの助けを借りて、溶融した材料は有効に切断溝から排出され、連続的な材料分離を可能にします。
安定したエネルギー入力により、連続レーザー切断は良好な溶融プールの安定性と切断溝の連続性を提供し、長い切断パスや複雑な輪郭加工に適しています。しかし、持続的な熱入力は材料内の熱拡散も引き起こし、比較的大きな熱影響部をもたらします。エッジ領域は熱変形や微細構造の変化を経験する可能性があります。
連続レーザー切断は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金などの中厚板金属加工に広く使用されています。特に、切断効率と生産スループットに対する高い要求がある用途に適しています。
II. 切断用途におけるパルスレーザーの特徴
パルスレーザーは、特定の繰り返し周波数で短時間の高エネルギーレーザーパルスを出力します。レーザーエネルギーは時間的に断続的に分布します。各パルスは非常に短い持続時間ですが、高いピークパワーを持っています。
切断用途において、パルスレーザーは瞬間的な高エネルギー密度を通して材料表面に作用し、局所的な領域を急速に溶融または蒸発させます。材料除去はパルスごとの重ね合わせによって段階的に達成され、切断プロセスは微小スケールの材料除去の連続的な蓄積として現れます。
各パルスの相互作用時間が非常に短いため、熱は周囲の領域に拡散する時間が不十分です。その結果、パルスレーザー切断はより小さな熱影響部を生成し、材料の微細構造とエッジの形態への影響が限られています。この特性は、精密切断および熱に弱い材料の加工において明確な利点を提供します。
パルスレーザーは、薄い金属板、精密部品、マイクロホール、および狭い切断溝の加工に一般的に使用されます。また、高反射率材料や、切断エッジの品質に厳しい要件がある用途にも適しています。
III. エネルギー相互作用モードが切断性能に与える影響
連続レーザーとパルスレーザーの切断性能の違いは、基本的にレーザーエネルギーの時間的および空間的分布の違いから生じます。連続レーザーは安定したエネルギー入力と連続的な溶融を重視し、効率重視の切断により適しています。パルスレーザーは、高ピークパワーに依存して精密な材料除去を実現し、熱制御と加工精度をより重視します。
実際の切断プロセスでは、連続レーザーは通常、より高い切断速度と厚板加工に対するより強力な能力を示し、一方、パルスレーザーは穴あけ能力、エッジ品質制御、および熱的影響の抑制において利点を示します。
IV. 切断プロセス選択の実用的な考慮事項
切断用途で連続レーザーとパルスレーザーのどちらを選択するかを決定する際には、材料の厚さ、熱伝導率、反射率、および必要な加工精度などの要素を総合的に考慮する必要があります。大判プレートや構造部品のブランキングには、連続レーザーが工業生産の要件により適しています。精密加工、薄物切断、または特殊材料加工には、パルスレーザーがより優れたプロセス適応性を提供します。
特定の用途では、連続レーザーのパワー変調を使用して、準パルス加工動作を実現し、切断効率と熱的影響制御のバランスを取ることができます。
連続レーザーとパルスレーザーは、切断用途において異なるプロセス上の役割を果たします。これらは、エネルギー出力特性、材料相互作用メカニズム、および適用可能な切断範囲において基本的な違いを示します。両方のレーザータイプの動作原理を明確に理解し、特定の加工要件と組み合わせることは、安定した切断品質を達成し、全体的な加工効率を向上させるために不可欠です。