なぜ、光で金属を切断できるのか？　Part 1

光って何？

光は、　1. 照らす 2. 明るくする 3. 広げる

しかし、それを操作すると、光はエッチングしたり、物質を除去したり、穴を開けたり、団結させたり、分裂させたりする能力を持っています。光は歴史の夜明けから人類に寄り添い、リズムを刻み、選択に影響を与え、進化を導いてきました。光は、生きている宇宙の存在の基盤であり、少なくともその大部分は、暖かさとエネルギーをもたらしてくれるのです。

人類は、火や電球から、最近のLED（発光ダイオード）の成功に至るまで、光の使い方や作り方を学んできました。同じ光でも、四方八方に散らばると広い空間を照らすことができますが、一点に集中して正確な方向に向けられると、大きなエネルギーを発生させることができます。そのエネルギーこそが、光を道具として使うことを可能にしているのです。

いつ発明されたの？

レーザーの歴史は1950年代後半にさかのぼります。

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)という言葉は、現在の産業用アプリケーションで見られる特性を持つ光のビームを作成することができるという仮説を最初に立てた学生によって作られました。

彼の研究は、アルバート・アインシュタインの直感にまで遡ることができる先行研究に基づいています。しかし、当初は、レーザーが何に使用できるかは明確ではありませんでした。それは「問題を解決するための解決策」とされていました。

レーザーの動作を説明した最初の科学論文は、その価値を理解していなかった他の権威ある出版物に却下された後、1960年にネイチャー誌に掲載されました。

最初の産業応用は1970年にさかのぼります。 それからの50年の間に、レーザーは最も多様な分野で普及（進化）し、医療、電気通信、計測、さらにはエンターテイメントにまで革命をもたらしました。

レーザー切断

金属の溶解に寄与するもう一つの成分は、ガス、すなわち酸素です。
その燃焼はレーザーによって引き起こされ、プロセスに必要な熱の大部分を発生させます。
この切断モードは、レーザー出力の低さを補うために最初に使用されました。結果は金属の酸化反応によって得られ、切断面は酸化物の薄い層で覆われたままになります。その後の塗装や溶接の場合は、二次後工程で酸化膜を除去する必要があります。
これは、厚い材料を長時間にわたって切断するためのエネルギーを提供する唯一の切断モードでした。工業用レーザーのパワーが増大し、「核融合切断」と呼ばれる別の切断方法が、酸素の使用に代わるものとして登場しました。それは、プロセスをサポートするガスに不活性（すなわち窒素）を使用することでした。
その機能は、溶融金属を吹き飛ばすだけで、レーザービームが最も効果的な方法で、切断にすべてのエネルギーを伝達することができます。窒素切断では、高出力が必要とされ、ガス消費量は、システムの時間当たりのコストに大きな影響を与えました（窒素は酸素よりもかなり高価であるため）。
しかし、酸化層のないクリーンな切断は、部品を直接溶接したり、塗装したりすることができるため、コストのかかる後工程が不要になりました。
このように全体的に節約できたことと、レーザー出力が徐々に高くなってきたことが相まって、酸素切断よりも厚い材料での窒素切断の方が好まれるようになってきました。
他の不活性ガスや圧縮空気での切断も可能です。企業がコストを削減する方法を模索し続ける中で、圧縮空気が代替手段として受け入れられるようになってきています。