レーザー切断機の動作原理

ファイバーレーザー切断機の動作原理について学びましょう。レーザー切断機の動作原理は、レーザービームのエネルギーをワークピースの表面に照射してワークピースを溶融・蒸発させ、切断と彫刻を行うことです。レーザー切断機は、材料の節約、滑らかな切断、高精度、高速加工といった特徴を備えています。切断機には、以下の8つの主要なパラメータがあります。

working principle of fiber laser cutting machine

ファイバーレーザー切断機の動作原理

送り速度：レーザービームが現在の位置で連続切断する時間は、材料面上の切断ヘッドの移動速度に反比例します。速度が速いほど切断時間は短くなり、その逆もまた然りです。場合によっては、幾何学的パラメータも速度に影響を与えます。例えば、切断時間が短い場合、切断部分の間隔が小さすぎると、材料に熱が蓄積されることがあります。
切断ヘッドの高さ：レーザービームはレンズを通してノズル下部に集光され、焦点におけるパワー密度が最大となります。そのため、切断面からの切断ヘッドの高さは、平面の焦点領域だけでなく、電流点のエネルギー密度にも影響します。
ベース光電流：レーザービームの出力を直接決定します。比率が100%の場合、レーザービームの出力は最大となります。
レーザーパルス周波数：連続レーザービームに加えて、パルスレーザービームも使用されます。これは、連続的かつ高速に切り替わるレーザービームです。デューティサイクルを調整することで出力を調整し、特殊な機能を実現できます。
レーザーパルスデューティサイクル：つまり、パルスレーザーが1サイクル内で連続オン状態にある時間の割合であり、レーザー出力に比例します。デューティサイクルが100%の場合、1サイクルで完全にオンになり、連続レーザーとなります。
レーザー電源：レーザー電源は、エネルギーを供給するために複数の部分に分かれています。必要に応じて、レーザー出力を下げるために一部の部品を個別にオフにします。
レーザー出力変調：切断速度の違いに対応するため、専用装置を用いてレーザー出力をいつでも調整できます。例えば、切断方向が変わると、切断ヘッドの移動速度は直線切断時よりも遅くなります。この部分でリアルタイムの出力調整を行わないと、エネルギー放出量が過剰になり、切断品質に悪影響を及ぼします。そのため、レーザー出力を下げてコーナー切断のニーズに対応できるよう、変調器が必要となります。
補助ガス：ノズルから噴射することで、切断ヘッドを粉塵から保護し、切断品質を向上させます。この要素はレーザー出力やスポット切断時間とは直接関係ありませんが、金属切断においては重要な要素です。様々な材料の切断ニーズに合わせて、複数の種類のガスから選択できます。