3D金属レーザー加工は、あなたのニーズに最適な選択か? ― 導入前に見極める5つの視点

3D Laser Cutting / Guide

複数工程を1つに統合する
― 3D金属レーザー加工が変えるものづくりの未来

金属切削工程を最適化するために、新しい機械の導入を検討されていますか? もし答えが「はい」なら、レーザー加工のような様々な技術を検討し、それぞれの長所と短所を理解されたことでしょう。この記事では、最も近代的で技術的に進んだソリューションの1つである3Dレーザー切断に焦点を当てます。

金属切断の技術全体の概要を知りたい方は、関連記事「これからの3D金属加工を制する技術選定 ― マシニングからレーザーまで」もあわせてご覧ください。
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Contents
  1. レーザー加工は常にベストな選択なのか?
  2. 部品単価を劇的に下げるには?
  3. 技術の柔軟性
  4. 品質・自由度・スピードで差をつける
  5. 多くの産業で卓越したソリューション

レーザー加工は常にベストな選択なのか?

場合によっては最適になります。このようなシステムは大きな投資であり、中長期的に大きな利益をもたらすかどうかをきちんと検討しなければならないので、その価値があるかどうかを理解する必要があります。

次の表は、Go-To-Marketの分析結果の一部です。2017年4月から5月にかけて、総サンプル数397台(BLMグループのレーザー顧客/競合ブランドのレーザー顧客/レーザー以外のユーザー)に対して実施した「価値提案における効果向上」です。簡単にお分かりのように、レーザー導入を阻む要因は多く存在します。

レーザー導入を阻む要因の分析データ

3Dレーザー加工に投資することで、本当に効果の出るいくつかの事例を紹介します。

  • レーザーシステムが多くの機械加工を代替し、部品あたりの時間とコストを削減する場合
  • 何よりもまず柔軟な技術が必要な場合
  • 切断品質が非常に重要な場合
  • 自動車・航空宇宙・家具・デザインなど、3Dレーザー切断が特に適している産業や工程の場合

部品単価を劇的に下げるには?

複数の機械加工を置き換えることで、部品当たりのコストを削減できます。レーザー技術を使って金属を切断すると、部品1個あたりのコストを50〜90%削減できると言われています。これは大きな節約であり、この技術の利点が主な理由です。

  • 複雑な形状の加工が可能で、コスト増がほとんどない。
  • 高い生産性と柔軟性。
  • 他の部品との接続を可能にする接合部の作成と、溶接の簡素化。
  • 大量生産のコストでプロトタイプや生産前部品を製作できる。
  • 少ない人員:従来の技術に比べ、平均で5人少ない人員で行える。
  • 機械の小型化:従来の加工方法と比較して、20〜30%のスペース削減が可能。
  • 100分の1ミリに近い加工精度で、無駄を省き、その後の仕上げ作業も削減できる。

技術の柔軟性

レーザー技術は、工具の交換が不要で、さまざまな材料の切断に適しているため、柔軟性が特徴です。具体的なメリットを得るには、シンプルで汎用性の高いプログラミングソフトウェアを搭載したハイエンドマシンを選択する必要があります。フレキシブルな5軸レーザー切断システムに求められる機能をご紹介します。

プログラミングソフトウェア

新しいオペレーションを素早くプログラムするために、ソフトウェアは以下の機能を備えている必要があります。

  • オフラインで新しい生産バッチをプログラムし、マシンが別のジョブを処理している間に、そのまま生産に移行できること。
  • 他社製CADソフトウェアから3Dファイルをインポートできること。
  • 切削経路をすばやく特定すること。
  • 潜在的なクリティカルポイントを特定・解決し、作業サイクルを簡単かつ直感的に改善すること。
  • 作業サイクルをシミュレーションし、完全に安全な状態で生産を開始できること。

切断パラメータの自動最適化

柔軟性の高いレーザー切断システムは、切断速度・厚み・切断する材料の種類・ヘッドの傾きなど、さまざまな要因に基づいて切断パラメータを自動的に最適化します。

冶具・マテハンシステム

高価な治具の使用や、搬出入作業を回避することができます。

品質・自由度・スピードで差をつける

5軸レーザー切断システムは、補間された5軸CNCシステムに搭載されたレーザー切断ヘッドで構成されています。フライス加工や旋盤加工で一般的に使用されている5軸ソリューションが、レーザーと統合されることにより、生産性と柔軟性の新しい基準を設定する技術となります。

切削速度:レーザーは、変形や破損のない非常に高速で正確な切断を可能にします。

自由自在なヘッド動作:ヘッドの5軸モーションにより、曲がったパイプ・ハイドロフォームチューブ・プレスシート・引き抜きパイプなどの3次元プロファイルに複雑な形状の切断を行えます。カッティングヘッドを傾けることで、フライス盤では不可能な狭い面への加工も可能です。

多彩な素材:ステンレス・鉄・銅・真鍮・アルミニウム・チタン合金など、さまざまな素材を切断できます。従来の切断方法とは異なり、材料に応じて工具を変える必要がなく、レーザービームだけが「工具」として必要です。

複数の加工を1つに統合:ドリル加工・フライス加工・バリ取りなど、さまざまな切り屑の除去作業を、高速で再現性の高い1つの作業に置き換えられます。

薄い材料:プラズマや酸素ガス切断などでは加工が困難な非常に薄い材料でも有利に働きます。切断経路付近のすべての熱影響が排除され、ブランキングやパンチングなどの機械的切断に特有の機械的変形も排除されます。

切断パラメータの自動最適化:研究開発への継続的な投資の結果、フォーカス位置の管理・ガス圧の調整・その他多くのパラメーターを自動的に最適化し、最高の切断品質と使いやすさを常に保証するシステムが市場に出ています。

多くの産業で卓越したソリューション

この技術に急速にシフトしている産業があります。

自動車関連

3Dレーザーカットは、多種多様なパーツの製造に最適なソリューションです。

  • ハイドロフォーム(アーム・サスペンション・メカニカルサポート)
  • スタンプシート(車体内部部品・荷物棚・ドア)
  • 曲面パイプ(排気システム・シャーシ・サポートバー)

この分野では、レーザーシステムを使用すると次のことが可能になります。極めて薄く軽量なさまざまな部品を形状や表面状態を変えることなく高速で切断し、切断プロファイルの品質を維持しながら高精度な切断を行い、非常に複雑な三次元形状の切断ができます。

3Dレーザー加工された自動車部品

航空宇宙

この分野は、精度や品質の面で常に最高の品質基準を持ち、チタンやアルミニウム合金などの軽量で耐性のある素材を使用することを特徴としています。特殊な形状の部品を製造する場合、レーザーを使用することで以下のような利点が得られます。

  • 切断や切り屑の除去とは異なり、非接触で加工できるため、変形や微小破壊を防げる。
  • 熱影響部がなく、正確で高速な切断が可能。
  • 工作機械につきものの切削液や切り屑が出ない。
  • 複数の加工を1つにまとめることが可能で、半製品の取り扱いが軽減される。
  • チタンやアルミ合金の切断が可能。
3Dレーザー加工された航空宇宙部品

家具・デザイン

レーザーは、非常に複雑な3次元形状や優れた仕上げの部品を得るために必要なエネルギー消費と工程数を削減し、デザイナーがトレードオフなしで思い描いた形状を実現する機会を与えてくれます。レーザーは、まるで極細のペンを使っているようなものです。そのため、優秀なデザイナーは自由に創造性を発揮することができます。

まとめ

3D金属レーザー加工は、すべてのケースで万能というわけではありません。しかし、複数工程の統合・柔軟性・切断品質が重要な現場では、部品単価を大きく下げ、生産性を飛躍させる強力な選択肢になります。御社の加工内容にレーザーが本当に効くかどうか、まずはテスト加工でご確認いただくのが確実です。

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