JPT技術ノート

ディープレーザ彫刻: レーザ彫刻はどこまで深く行うことができるのか?

2023年9月

概要

一般に深彫りの深さと表面粗さはパラメータを変えることで秤量することができます。 材料の加工要件に合わせて、材料の特性に応じてさまざまなパラメータを選択する必要があります。 素材の特性により加工の効果は変わります。 したがって、レーザ彫刻では、固体の表面からさまざまな材料を除去することになります。 これらの材料には、チタン、鋼、アルミニウム、銅、炭化物、真鍮、および直接蒸発させることができるその他の金属が含まれます。

ファイバーレーザは、パルスパワーが高く、強度が高く、スポット径が小さいです。 これらの機能により、ロゴ、シリアル番号、テキスト、その他金属に常に刻印されている多くの素材をレーザ彫刻でより効率的に除去できます。 レーザ彫刻機は動作中に材料の体積を減らします。 深彫り加工中に表面素材が酸化してしまうため、研磨パラメータをさらに高めることをお勧めします。 レーザ彫刻には、特にステンレス鋼に彫刻された材料を除去する場合、常に低周波と高出力が必要です。

レーザによる錆除去プロセス

表面上にある材料または材料の層をレーザ ビームのみを使用して除去するプロセスは、レーザ アブレーションとして知られています。 レーザクリーニングと呼ばれることが多いです。 これは、コーティングの除去として解釈できます。 金属やその他のコンポーネントのレーザ錆除去の本質は、レーザを使用して錆を除去するアブレーションプロセスです。

一方、材料のレーザアブレーションは、材料に入射するレーザビームのエネルギーが材料のアブレーション閾値より大きい場合にのみ発生します。 物質を構成する分子結合により、物質に特有の除去閾値が与えられます。 ２つの異なる材料のアブレーション閾値が互いに十分に異なると仮定します。 その場合、レーザ洗浄中の一方の材料のアブレーションが他方の材料に与える影響は最小限になります。

レーザ彫刻はどのくらいの深さまで彫刻できるのか?

レーザ彫刻は、金属によっては数ミリメートルの深さまで到達する場合があります。 通常のレーザ彫刻は、数ミリメートルの深さで彫刻することが最も一般的に知られています。 通常のレーザ彫刻では、常に約 500 ミクロンの深さまで彫刻されることがあります。 この深さの増加は、抵抗レーザのショット ブラスト マーキングで証明されています。 ディープ彫刻には、深さとともに美的要件も常に伴います。 レーザ彫刻の場合、期待どおりのトレーサビリティのニーズを満たすためには、より高いコントラストが必要です。

さまざまなパラメータはレーザ彫刻の結果にどのような影響を与えるのか?

ディープレーザ彫刻を行う場合は、常に可能な限り短時間で完了します。 望ましいレベルの彫刻深さを達成するには、適切なレーザパラメータを選択する必要があります。 レーザ彫刻の主なパラメータには、出力、速度、周波数、レンズが含まれます。

レーザ出力

レーザ出力は、レーザ彫刻機を選択する際の最も重要なパラメータの 1 つです。 レーザ彫刻機が期待通りのサイクルタイムを満たすには電力が必要です。 ただし、レーザ出力に関して言えば、500W のレーザ出力は、100W のレーザ出力と比較して彫刻が 5 倍高速であることを意味すると誤解されることはありません。 他の多くの要因により、電力比が予想よりも低くなります。 したがって、2 つのレーザ出力から得られる唯一の本当の観察は、500W レーザ出力が 100W レーザ出力よりもはるかに高速であるということです。

深彫りアプリケーションでは主に、適切な速度で動作させるために少なくとも 100w のレーザ出力が必要です。 ただし、他のディープレーザ彫刻機のレーザ出力は 100w 未満です。 このような出力の小さいレーザ彫刻機は常に彫刻時間が非常に長くなり、多くの専門家による使用はほとんど推奨されません。

レーザ周波数

レーザ周波数は、主に毎秒レーザによって放射される白斑の数を扱うパラメータです。 したがって、このパラメータを効果的に理解するには、まずレーザ彫刻技術で使用される白斑を確認する必要があります。 パルスレーザのレーザ発光モードは点モードであるため、この点を「パルスレーザ斑点」と呼びます。 通常、レーザ彫刻機が動作している場合、これらの点は 1 単位時間内により多くの回数放出されます。 このため、所定の時間内に放射されるパルス レーザ斑点の数を決定する必要があります。 したがって、このプロセスにより、レーザ彫刻機の周波数が決まります。

したがって、レーザ周波数は、レーザが単位時間当たりに放射する「点」（白斑）の総数を指します。 単位はHZです。 レーザ周波数が高くなるほど、単位時間当たりにレーザが放射する「ポイント」が多くなります。 したがって、彫刻の周波数を増やすと、単位時間あたりに放出されるパルス レーザ斑点の数が増加することが期待されます。 レーザが単位時間当たりに放射するエネルギーは変化せず、各「ポイント」に均等に分配されることに注意してください。 したがって、単位時間当たりにレーザが放射する「ポイント」が増えるほど、各ポイントが運ぶエネルギーは低くなります。 レーザ周波数を変更すると、加工効果に直接影響します。

スピード

速度に関しては、多くの人がこのパラメータを周波数と混同しています。 ただし、これらは異なるパラメータであり、使用すると他の効果が得られます。 スキャン速度と呼ばれる速度は、レーザ彫刻機が作業しているときにレーザ ビームが常に移動する速さです。 したがって、走査速度が遅いと、レーザ光が特定の領域に長く留まることがわかります。 これにより、特定の領域のエネルギーが増加するため、より速く、より深く彫刻することができます。 一方、エネルギーが多すぎると過熱が起こり、表面が変色する可能性があります。 このため、高速または低速の使用を決定する際には、サイクル タイムと品質要件が常に考慮されます。

レンズ

レンズも、より高い彫刻速度を達成するために使用されるもう 1 つの重要なパラメータです。 レンズはレーザビームの焦点を制御するのに役立ちます。 このため、ディープ彫刻に必要な強度に達するまでレーザ ビームを集束させる上で重要な役割を果たします。 したがって、適切なレンズを使用すると、彫刻速度が 2 倍になる可能性があります。

ニーズに応じて最適なディープレーザ彫刻機を選択するにはどうすればよいか?

ニーズに合った最適なディープレーザ彫刻機を選択する際には、多くの要素を考慮する必要があります。 これらの要素には、レーザ彫刻機の効率、信頼性、手頃な価格が含まれます。 使用中の機械の安全性も考慮する必要があります。 深彫りでは、1 つのパーツを完成させるのに常に時間がかかり、場合によっては数分かかる場合があります。 場合によっては数時間かかることもあり、長い彫刻プロセスであることが知られています。 このため、ディープレーザ彫刻機は常に手動操作のレーザマーキングマシンに組み込まれています。

手頃な価格に関して言えば、ディープレーザ彫刻機は、他のタイプの彫刻機と比較して常にかなり手頃な価格のマシンです。 自動化する必要がないため、彫刻プロセスを開始するだけで済みます。 すべての設定が完了したら、後で必要な部分をロードできます。 したがって、特に経済的な準備ができていない場合でも、すべての部品を組み立てることについて心配する必要はありません。 ディープレーザ彫刻機を使用する際の安全性に関して、知っておくべきことが 2 つあります。

まず、これらのレーザ光線による攻撃から作業者を保護する必要があります。 この安全対策は、100% 安全なクラス 1 レーザ安全筐体を使用することで実現できます。 これは国際基準によってテストされ、検証された証拠です。

知っておく必要があるもう 1 つの安全予防措置は、ディープ レーザ彫刻機が固体表面を蒸発させるときに発生するヒュームと粉塵です。 レーザヒューム抽出装置を使用すると、この現象を克服できます。 このヒューム抽出装置により、作業者にとって安全なきれいな空気が確保されます。

JPT では、推奨されるディープレーザ彫刻機製品の多くを注文できます。 JPT は、より速い彫刻速度を備えたディープレーザ彫刻機を非常に手頃な価格で提供しています。 現在入手可能な製品ブランドには、最も注目されているブランドであるCW200W/300Wファイバーレーザが含まれます。 その他の製品には、CW ファイバー レーザ 500W/100W、MOPA ファイバー レーザ 200W/350W、MOPA ファイバー レーザ 60W/100W などがあります。 これらのマシンはすべて完璧で信頼性が高いため、ニーズに応じて最も適したマシンを選択するだけで済みます。