レーザーチューブ切断について知っておくべきこと

Mar 24, 2023

製造業者がファイバーレーザー切断技術について考えるとき、最初に高速切断を思い浮かべるかもしれません。 それは真実かもしれませんが、チューブの切断に関しては、速度は相対的なものです。 チューブの実際の切断速度よりも、仕様を満たすためにチューブを加工するのにかかる時間のほうが重要です。 写真提供：BLM Group USA Corp.

編集者注: この記事は、2019 年 3 月 6 日にナッシュビルで開催された FMA 年次総会の The FABRICATOR's Leadership Summit で行われたプレゼンテーションを編集したものです。

ほとんどの金属加工業者は、ファイバー レーザー切断技術が平板加工にどのような効果をもたらしたかをよく理解していますが、ファイバー レーザーはチューブの切断にどのような効果をもたらしたのでしょうか? 実際にはかなりの量です。

いくつかのことは非常に顕著です。 ファイバーレーザーのレーザー「発生器」は、従来の CO2 共振器と比較するとはるかに小型です。 実際、ファイバーレーザーは、ブリーフケースサイズのモジュールにまとめられたダイオードのバンクによって作成され、出力範囲は 600 ～ 1,500 ワットです。 複数のモジュールを接続して最終的な電力供給共振器を作成します。これは通常、小さなファイルキャビネットほどの大きさになります。 生成された光は、光ファイバーケーブルを通じて導かれ、増幅されます。 光が光ファイバーケーブルから出るとき、それは出力や品質を損なうことなく、生成時と同じになります。 その後、切断する材料の種類に合わせて調整され、焦点が合わせられます。

CO2 共振器ははるかに大きく、レーザービームを生成するためにガスの混合物に電気が導入されるため、より多くのエネルギーが必要となります。 ミラーは光の強度を高め、共振器から出る準備をします。 共振器を出た後、ビームはレンズに到達するまで、いくつかの冷却ミラーからなる経路を通過する必要があります。 この移動により、レーザー ビームのパワーと品質が低下します。

CO2 レーザーの生成には大量の電力が必要なため、ファイバー レーザーと比較すると効率が低く、壁コンセントの効率もはるかに低くなります。 したがって、CO2 レーザーに必要な大型チラーには、より多くの総合電力も必要になるということになります。 ファイバー レーザー共振器の壁コンセントの効率が 40% 以上であることを考えると、使用電力が減るだけでなく、需要の高い床面積も減ります。

動作中のファイバーレーザーを詳しく観察するまでは、はっきりしないこともあります。 多くの場合、そのビーム直径は CO2 ビームの 3 分の 1 であるため、ファイバー レーザーの出力密度は CO2 レーザー ビームよりも高くなります。 これにより、ファイバーをより速く切断できるだけでなく、より速く貫通することも可能になります。 この小さなビーム サイズにより、ファイバーは複雑な形状を切断し、鋭いエッジを残すことができます。 ロゴの文字間の間隔が 0.035 インチの場合に、チューブから会社のロゴを切り出すことを想像してください。 ファイバーではそのような切断が可能ですが、CO2 レーザーでは切断できません。

ファイバー レーザーの波長は 1.06 ミクロンで、CO2 レーザー ビームよりも 10% 短いです。 ファイバーレーザーは波長がはるかに短いため、反射材に吸収されやすいビームを生成します。 CO2 レーザーは、これらの材料の表面で反射する可能性が非常に高くなります。 このため、ファイバー レーザー切断機は真鍮、銅、その他の反射素材を切断できます。 材料に反射する CO2 レーザー ビームは、機械の切断レンズだけでなく、ビーム経路全体にも損傷を与える可能性があることに注意してください。 ビーム経路に光ファイバーケーブルを使用すると、このリスクがなくなります。

もちろん、ファイバーレーザーはメンテナンスの点でそれほど注意を必要としません。 CO2レーザー切断機に必要なミラー洗浄やジャバラチェックが不要です。 冷却用にきれいな冷却水を使用し、エアフィルターが定期的に交換されている限り、ファイバーレーザー自体は予防保守の必要がありません。

もう 1 つの考慮事項は、ファイバー レーザーのブリーフケース サイズのモジュールです。モジュールによって冗長性が確保されます。 1 つのモジュールに問題がある場合、共振器は完全にはシャットダウンしません。 ファイバー レーザーは、修理が完了するまで他のモジュールが一時的により多くの電力を生成してダウン モジュールをサポートできるように冗長化されています。ちなみに、修理は現場で行うことができます。 また、修理が完了するまでファイバー共振器が減少した電力を生成し続ける場合もあります。 残念ながら、CO2 共振器に問題がある場合、電力削減モードだけでなく、共振器全体が停止します。

かつて、ファイバーレーザーは薄い材料にしか使用できないと多くの人が考えていました。 CO2 は波長が長いため、厚い材料の切断中に十分な切り溝を作成し、材料の除去に十分なスペースを確保できました。 ファイバーレーザーでは、より厚い材料では同じ切り口や結果を生成できませんでした。 しかし、この問題は近年、材料の分離と厚い材料の材料除去の余地を生み出す、より幅広のファイバーレーザー生成ビームを生成できるコリメート技術によって解決されています。 また、ビーム幅は切り替え可能であるため、機械は薄い材料を加工するために狭いビームを使用することができ、同じファイバーレーザー切断機で異なるサイズの材料をより速く加工することが可能になります。

シートレーザー切断機は現在、最大 12 kW の電力を供給できるレーザー生成技術を搭載して販売されています。 レーザー管切断機の最大出力は通常 5 kW です。これを超えると、同時に管の反対側も切断されてしまうためです。

お気づきかもしれませんが、切断速度についてはまだ説明していません。 チューブを毎分最大 500 インチで切断することは可能ですが、それは必ずしも現実的ではありません。 レーザーチューブ切断では、チューブをロードし、切断に適した位置になるようにインデックスを付け、穴を開けて切断し、部品をアンロードするのにどれくらいの時間がかかるかに実際に焦点を当てる必要があります。 重要なのは、切断速度ではなく、レーザーチューブ切断機による部品処理時間です。

金属板を切断するレーザー切断機は、数秒で板を交換できます。 同じことをレーザーチューブ切断機でも行うことができますが、それがどのように行われるかについてはまったく別の話になります。

レーザーチューブ切断機を備えた標準的な材料タワーはありません。 チューブ マテリアル ハンドリング オプションの中で最も効率的なバンドル ローダーは、単一化システムを介して一度に 1 本のチューブをバンドルからチューブ レーザーに供給します。 このタイプの送り機構は、アングルやチャネルなどの開いたプロファイルでは機能しません。これは、これらのプロファイルが束になっている間に連動し、簡単に外れないためです。 オープンプロファイルの場合、ステップローダーが使用され、セクションの正しい方向を維持しながら、セクションを一度に 1 つずつ機械に入れます。

これらのチューブは小さくありません。 米国では標準の長さは 24 フィートです。 西海岸のいくつかは通常 20 フィートで動作します。 標準サイズとしての長さ。

多様性はどの求人ショップでも現実であり、チューブレーザーを操作するショップでも同じことが当てはまります。 1 つのチューブからさまざまなサイズの部品が得られることは珍しいことではありません。 機械は、小さいものは 2 インチ、長さは 15 フィートのレーザーカット部品を次々とアンロードできなければなりません。 また、これらの部品を損傷することなく降ろすことができなければなりませんが、アルミニウムなどの柔らかい金属では困難な場合があります。

チューブのまさにその性質により、非常に高出力のレーザーを備えた機械は必要ありません。 現在、フラット シート レーザー切断機には 12 kW もの強力なレーザー発生器が搭載されていますが、チューブ レーザー切断機は通常、最大 5 kW の電力しか必要としません。 チューブの場合、切断するチューブの反対側のことを常に考えなければなりません。 より強力なレーザーは、切断中にチューブの反対側を吹き抜けます。 (もちろん、チューブレーザーのビームまたはチャネルを処理している場合は、別の面について心配する必要はありません。)

チューブの切断におけるもう 1 つの考慮事項は、溶接シームです。 この材料はロール成形され、溶接されます。 これにより、通常は対処する必要がある 2 つの点が生じます。

完璧なチューブなどというものは存在しないことに留意してください。 彼らは弓を持っています。 溶接継ぎ目はチューブの外側だけでなく内側にも突き出る可能性があります。 製品ごとにこのような不一致が存在する場合、この材料を一貫して迅速に処理することは非常に困難です。

チューブの中心に貫通穴を配置する必要があることを想像してください。 チューブの 1 つの面だけでなく、実際の寸法の中心に配置する必要があります。 チューブが曲がっていると、作業がさらに難しくなります。 それが管製造の命です。

それをどうやって補償しますか？ 従来は、降りてきて、接触点をマークするセンサーで顔に触れます。 次にチューブを回転させ、チューブの反対側に触れます。 これにより、コントロールはチューブがどの程度反っているかを知ることができます。 この方法は正確であり、これらのスルーホールがアプリケーションに確実に適合することを確認できます。 ただし、チューブが回転するたびに、非常に高い許容誤差を実現する能力が低下することに注意してください。

留意すべきもう 1 つの要素は、チューブの曲がりやねじれをチェックする従来の方法では、切断が開始されるまでに最大 5 ～ 7 秒かかる場合があることです。 従来のタッチ センシング手段では、精度を犠牲にして生産性を犠牲にする必要があります。 繰り返しますが、ファイバーレーザー切断の時代では、これは一生かかることのように思えるかもしれませんが、チューブの作業は板金の作業ほど単純ではありません。

チューブ検査の時間差を埋めるために、一部の機械メーカーは検査にカメラを使用しています。 品質チェックが約 0.5 秒に短縮され、必要な回転数も削減されます。 これにより、機械は生産性と精度を維持することができます。

ファイバーレーザーは事実上メンテナンスフリーで、従来の CO2 レーザー切断機と比較して優れた壁プラグ効率を示し、反射材を切断でき、正確な切断を実現します。 また、特定の厚さの金属を切断する場合、CO2 マシンよりも高速です。 ただし、チューブの切断に関しては速度は相対的なものです。 リアルタイムの節約は、チューブの処理時間を短縮し、完成部品を製造することで実現します。

Robert Adelman は、BLM Group USA Corp. (住所 46850 Cartier Drive, Novi, MI 48377, 248-560-0080、www.blmgroup.com) の北米レーザー製品マネージャーです。