レーザー切断における 航空宇宙 部品の熱影響部

航空宇宙 産業の製造分野では、 ファイバーレーザーの登場によって切断技術が大きく進化し、 非熱加工法にも匹敵する品質を実現しています。 最新のファイバーレーザーは、 熱影響部（HAZ）を最小限に抑えながら高品質な切断を行うことが可能であり、 材料の脆化を大幅に低減し、 従来の機械加工や非熱加工法を凌駕するスピードで部品を処理します。

航空宇宙 製造における5軸レーザー切断

技術は常に 「不可能を可能にする」 方向へ進化しており、 航空宇宙産業は 「十分良い」 という妥協を許さない分野です。
明日の技術革新を切り拓くのは、 今日の限界に挑戦する最先端技術だけです。

こうした進歩の中心には、 アルミニウム、 クロム、 鉄、 炭素、 チタン、 ニッケル、 コバルトなどの基本的な金属元素があります。
レーザー切断の登場によって、 産業は従来のハードツーリングから解放されましたが、 当初はコストや生産性の面で制約があり、 用途は限られていました。

しかし現在では、 レーザー切断技術は航空・宇宙産業において欠かせない存在となっています。
高精度・高品質・高再現性を実現しつつ、 スクラップを減らし、 工程を最適化し、 コストを削減する――レーザー切断がもたらした最大の変革のひとつが、 熱影響部（HAZ）の大幅な低減です。

本記事では、 アルミニウム、 チタン、 ニッケルなどの特殊合金を最小限の熱影響部で切断するための方法と技術を概説します。

熱影響部（HAZ）はなぜ発生するのか

熱影響部（HAZ）は、 あらゆる熱切断加工で発生する現象です。
放電加工（EDM）のような比較的非熱的な手法であっても、 航空宇宙用途では受け入れられないほどの薄いHAZを生じることがあります。

HAZは、 切断部周囲に伝達される熱エネルギーの量によって発生し、 切断面を脆くして亀裂を誘発したり、 部品の疲労強度を低下させたりします。
このため、 部品寿命の正確な予測が困難になります。

HAZを増大させる要因は、 材料特性、 レーザー光源、加工条件、 アシストガスの相関によって決まります。

結果として、 HAZが生じた層を機械的に除去する二次工程が必要となり、 厚みが増すほど作業コストと工数が上昇します。
この問題が、 航空宇宙分野での技術発展を長らく妨げてきました。

レーザー光源

アルミニウム合金は、 軽量で高強度、 耐食性・耐UV性にも優れるため、 航空宇宙部品で最も広く使われてきた金属のひとつです。

しかし初期の産業用レーザーはCO₂レーザー光源が主流であり、 アルミニウムに対する吸収率が低く、 出力も限定的だったため、 当初はアルミ部品のレーザー切断は現実的ではありませんでした。

それを可能にしたのが、 現代のファイバーレーザー技術です。

ファイバーレーザーは、 アルミ合金に最も適した波長を持ち、 反射エネルギーが少なく効率的な切断が可能です。
さらに、 パルスモードで動作させることで、 アルミの高い熱伝導性を抑制し、 周囲への熱伝達を最小化します。

このため、 ファイバーレーザーはアルミ合金切断に最適な光源であり、 HAZを大幅に低減しながら高精度・高品質な切断を実現します。

レーザービームの品質と集光特性

HAZを抑えるもう一つの重要要素は、 レーザービーム自体の品質です。
これは、 レーザー出力が軸方向にどれだけ集中しているかを示すもので、 理想的にはガウス分布に近いエネルギー分布が求められます。
ビーム品質が高いほど、 安定した照射強度と優れた切断性能が得られます。

たとえば、 **LT-FREE 5軸レーザー切断システム（2〜5kWクラス）に採用されている最新ファイバーレーザーは、非常に低いビームパラメータ積（BPP）**を実現しており、 優れた切断品質を誇ります。

さらに、 自動フォーカス調整システムによって材料の厚みや種類に応じたエネルギー分布を最適化します。
BLM GROUPの5軸レーザー切断機に搭載されているActive Focus機能は、 押出成形品、 ダイカスト部品、 曲げ加工部品などを高精度に切断するために欠かせない技術であり、 HAZを最小限に抑えます。

アシストガスの役割

アシストガスの選択は、 HAZの抑制において極めて重要です。
酸素を使用すると、 切断中に**強い発熱反応（酸化反応）**が起こり、 材料を溶融させます。
しかし、 チタンやニッケル合金では反応が過剰となり、 切断品質の低下やHAZ拡大、 酸化物混入を引き起こします。

そのため、 これらの材料では窒素やアルゴンなどの不活性ガスの使用が必須です。
これにより酸化反応が発生せず、 高品質な切断面と低HAZを実現できます。

また、 近年では圧縮空気をアシストガスとして使用する手法も注目されています。
酸化反応を抑制しつつ、 コスト面でも優れた選択肢となります。

BLM GROUPのLT-FREEシステムには、 Active Air Cutting機能が搭載されており、 用途や自動化レベルに応じてガスの種類を自動選択し、 効率と品質を両立させます。

航空宇宙 産業における5軸レーザー切断機の役割

ここまで紹介したように、 レーザー技術の進化は航空宇宙製造の新時代を切り拓きました。
特に、 ファイバーレーザーの発展とともに、 航空部品の薄肉・複雑形状に対応するためには、 3次元的に自由な動きを持つレーザーヘッドが不可欠です。

このニーズに応えたのが、 5軸レーザー切断技術です。

BLM GROUPの LT-FREE 5軸レーザー切断システム は、 航空宇宙製造におけるHAZ低減に効果的なソリューションです。
この最先端システムは、 曲げパイプ、 ハイドロフォーミング部品、 ダイカスト部品などの複雑な三次元部品を高精度に切断し、 圧倒的な品質を提供します。

進化を続ける航空宇宙業界において、 LT-FREEは自動化・生産性の向上を両立する重要な装置であり、 次世代製造の中核を担う存在です。