鋼板鋼管、ZAM材の加工、溶接、塗装・販売なら麻布成形株式会社
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加工の原理と動作の流れ

3次元レーザー加工機は、高エネルギーのレーザービームを光学系で制御しながらワーク表面に照射します。光学系には鏡やレンズが組み込まれており、レーザー光を正確に焦点化することで精密な加工を実現しています。

実際の加工では、CADで作成した設計データをCAMソフトウェアに読み込み、レーザーの軌道や加工条件をプログラムします。加工機が自動でレーザービームの位置を制御し、設計通りの形状へと仕上げていきます。コンピューター制御による自動化により、手作業と比較して加工時間の短縮と精度の安定化が図れます。

非接触加工ならではの利点

レーザー加工は工具がワークに直接触れない非接触方式です。物理的な力がかからないため、材料に歪みや変形が生じにくく、薄肉のパイプでも安定した品質を保てます。刃物やドリルのような消耗品も発生しないため、加工精度が長期間維持されやすい点も利点です。

2次元レーザー加工との違い

2次元レーザー加工機はX軸とY軸の2方向に動くため、主に板金といった平面的な材料の切断に適しています。パイプ加工にも対応できますが、ヘッドを動かせる範囲が限られるため、パイプを回転させながら垂直方向からレーザーを当てる形になります。

この方式で丸パイプを斜めにカットすると、突き合わせた際に隙間が生じやすくなります。一方、3次元レーザー加工ではヘッドが自在に角度を変えられるため、切断面を精密にコントロールでき、溶接時の密着性が向上します。丸穴加工も、2次元では楕円形になりがちですが、3次元なら真円に近い形状で仕上げられます。

プレス加工との違い

プレス加工は、上下方向の動きで材料を挟み込んで切断や穴あけを行う方式です。パイプの上面や下面への加工は得意ですが、側面への同時加工には対応しにくい特性があります。側面加工には向きを変えて再セットする必要があり、工数が増えてしまいます。

また、プレス加工では形状ごとに金型を製作しなければなりません。金型製作には費用と時間がかかるため、試作品や小ロット生産ではコスト面で不利です。3次元レーザー加工は金型が不要で、CADデータから直接加工できるため、多品種少量生産や仕様変更にも柔軟に対応できます。

CADによる3Dモデリング

最初の工程は、製品形状をCADソフトウェアで3次元モデルとして作成することです。3DCADデータがすでにある場合はそのまま使用でき、2次元図面や手書きの図面からでもモデリングで対応できます。SOLIDWORKSをはじめ、STEPやIGESといった主要な3Dデータフォーマットに対応している加工業者が多く、データの受け渡しもスムーズです。

CAMによる加工プログラムの作成

3Dモデルが完成したら、CAMソフトウェアでレーザーの軌道や加工条件をプログラムします。この段階で干渉チェックや加工順序の最適化といったシミュレーションを実施し、問題点を事前に洗い出せます。

プログラム入力は数時間程度で完了するケースが多く、金型製作のように数週間を要しません。仕様変更もプログラム修正だけで対応できるため、設計変更が頻繁な案件にも柔軟に対応できます。

レーザー加工と仕上げ

プログラム完成後、加工機にデータを転送して自動加工がスタートします。コンピューター制御により設計データ通りの寸法精度で加工が進み、必要に応じてバリ取りや表面処理を施し、検査を経て製品が完成します。

Q1．3次元レーザー加工とはどのような技術ですか？

A．金属パイプや形鋼といった立体的な部材に対して、切断や穴あけを行う技術です。加工機がワークをX軸とY軸、Z軸の3方向で認識し、さまざまな形状に対応できます。CADとCAMの連携による自動制御で、高精度な加工を1工程で完結できます。

Q2．3次元レーザー加工は従来の方法と比べて何が優れていますか？

A．2次元レーザー加工では切断面に隙間が生じやすく、プレス加工では側面への同時加工が困難でした。3次元レーザー加工はヘッドが自在に角度を変えられるため、複雑な形状も精密に仕上げられます。金型不要でCADデータから直接加工でき、多品種少量生産にも対応できます。

Q3．3次元レーザー加工は設計から完成までどのような流れで進みますか？

A．CADで3次元モデルを作成し、CAMで加工条件をプログラムします。シミュレーションで干渉チェック後、加工機にデータを転送して自動加工を開始します。プログラム入力は数時間程度で完了し、設計変更もプログラム修正で対応できます。