3D レーザー機械はさまざまな集束システムでどのように動作しますか?

経験豊富な 3D レーザー機械サプライヤーとして、私はこれらの機械がさまざまな業界に変革的な影響を与えることを直接目撃してきました。 3D レーザー マシンのパフォーマンスと多用途性を決定する重要な要素の 1 つは、集束システムです。このブログでは、3D レーザー マシンがさまざまな集束システムでどのように動作するかを調査し、それぞれの原理、利点、用途を明らかにします。

3D レーザー加工機の基礎

集束システムの複雑さを掘り下げる前に、3D レーザー マシンがどのように動作するかを簡単に確認してみましょう。 3D レーザー マシンの核となるのは、高強度のレーザー ビームを使用して、3 次元オブジェクトの切断、彫刻、溶接などのタスクを実行することです。レーザー源はビームを生成し、その後、一連の光学コンポーネントを介してビームを方向付けて操作し、ターゲット材料に到達します。

このプロセスではフォーカシング システムが重要な役割を果たします。その主な機能は、レーザー ビームをワークピース上の特定のスポットに集中させ、エネルギーが必要な場所に正確に供給されるようにすることです。集束システムの品質は、レーザー加工の精度、速度、品質に大きな影響を与える可能性があります。

従来の集光システム

固定 - フォーカス システム

固定焦点システムは、3D レーザー マシンで最も単純で最も一般的に使用される焦点システムの 1 つです。このシステムでは、レンズの焦点距離が固定されています。つまり、鮮明な焦点を維持するには、レンズとワークピースの間の距離を一定に保つ必要があります。

固定焦点システムを使用する場合、機械は通常、ターゲット表面をレーザー ヘッドから特定の距離に保つようにプログラムされます。これは、平らな表面やわずかに湾曲した表面に適しています。たとえば、自動車部品用の平らな金属シートの製造では、固定焦点 3D レーザー機械を使用して正確な形状を効率的に切り出すことができます。

ただし、複雑な 3D ジオメトリを扱う場合、固定焦点システムの限界が明らかになります。焦点距離は変更できないため、ワークピースの表面全体にわたって一貫した焦点を維持することが難しい場合があります。これにより、切断や彫刻の深さが不均一になったり、溶接の品質が低下したりする可能性があります。

マニュアルフォーカスシステム

固定焦点システムから一歩進んだのがマニュアルフォーカスシステムです。この設定では、オペレーターは焦点レンズの位置を調整して焦点距離を変更できます。これは通常、ネジやノブなどの機械的な調整機構を使用して行われます。

マニュアルフォーカスシステムは、固定フォーカスシステムよりも柔軟性が高くなります。たとえば、高さが異なるワークピースを作業する場合、オペレータは必要に応じて手動で焦点を調整できます。これは、オペレーターがプロセスを注意深く監視し、リアルタイムで調整できる小規模の製造やプロトタイピングに役立ちます。

しかし、マニュアルフォーカスには欠点もあります。特に大量のワークピースや複雑な 3D 形状を扱う場合には時間がかかります。フォーカス調整の精度はオペレーターのスキルと経験に依存し、最終製品にばらつきが生じる可能性があります。

高度な集束システム

オートフォーカスシステム

自動焦点システムは、3D レーザー機械技術の大幅な進歩を表しています。このシステムはセンサーとフィードバック機構を使用して、レーザーヘッドとワークピース間の距離に基づいて焦点距離をリアルタイムで自動的に調整します。

オートフォーカスシステムには、光学センサーや静電容量センサーなど、いくつかの種類のセンサーが使用されます。光学式センサーは反射光を分析することでワークまでの距離を測定でき、静電容量式センサーはワークの接近によって生じる静電容量の変化を検出できます。

オートフォーカスシステムにはいくつかの利点があります。複雑な 3D 形状を簡単に処理でき、ワークピースの表面全体にわたって一貫した焦点を確保できます。これにより、より高い精度とより優れた品質の結果が得られます。さらに、手動介入の必要性が減り、生産プロセスの効率が向上します。

たとえば、コンポーネントが複雑な 3D 形状を持つことが多い航空宇宙産業では、自動焦点 3D レーザー機械により部品を正確に切断および溶接できるため、航空機の全体的な品質と信頼性が向上します。

ダイナミックフォーカシングシステム

ダイナミック フォーカシング システムは、オート フォーカスの概念をさらに一歩進めたものです。焦点距離を自動調整するほか、X、Y、Z方向の焦点位置も同時に変更できます。

これは、高度な光学コンポーネントと制御アルゴリズムの組み合わせによって実現されます。ダイナミック フォーカシング システムは、ワークピースの変化する表面トポグラフィーに迅速に適応できるため、複雑な 3D オブジェクトの高速処理が可能になります。

彫像や宝飾品の 3D 彫刻などの用途では、ダイナミック フォーカシング システムにより、複雑で詳細なデザインを高精度で作成できます。複雑な形状の手術器具の正確なレーザー加工が必要な医療機器製造業界でも使用できます。

さまざまな集束システムの応用

金属加工

金属製造では、さまざまな集束システムがそれぞれ独自の用途に使用されます。固定焦点システムは、建築用や自動車用の平らな鋼板の切断など、単純な金属切断作業に適しています。これらのシステムはそのシンプルさとコスト効率の良さにより、基本的な操作によく選ばれています。

一方、自動焦点およびダイナミック焦点システムは、より複雑な金属製造作業には不可欠です。エンジン部品や航空宇宙構造物などの 3D 金属部品の曲率や凹凸に対応できます。たとえば、3Dファイバーレーザー加工機ダイナミック フォーカシング システムを備えたタービン ブレードは、複雑な形状のタービン ブレードを正確に切断および溶接することができ、その最適なパフォーマンスを保証します。

ポリマー加工

プラスチック材料の切断や彫刻などのポリマー加工に関しては、集束システムの選択は作業の複雑さにも依存します。オペレーターが時間をかけて各作品の焦点を調整できる小規模なポリマー アート プロジェクトの場合は、手動焦点合わせシステムで十分な場合があります。

ただし、携帯電話の筐体や自動車の内装部品など、複雑な 3D 形状を備えたプラスチック部品の大規模生産には、自動焦点またはダイナミック焦点システムが必要です。これらのシステムは、安定した品質と高速処理を保証し、大量生産の要求に応えます。

ガラス加工

ガラス加工では、脆弱な素材の亀裂や粉砕を避けるために、集束システムの精度が非常に重要です。固定焦点システムは、平らなガラスシートの基本的なガラス切断と彫刻に使用できます。

自動焦点システムやダイナミック焦点システムなどの高度な焦点システムは、ガラスの花瓶や建築用ガラス要素などの 3D ガラス オブジェクトの処理に適しています。あ5軸ファイバーレーザー加工機ダイナミックフォーカスシステムを搭載し、3Dガラスの複雑な曲線を正確に成形、彫刻し、美しくユニークな製品を生み出します。

3D レーザー加工機のニーズについてはお問い合わせください

高品質の 3D レーザー マシンをお求めの場合、当社はお客様の特定の要件を満たす幅広いオプションをご用意しています。単純なタスク用の固定フォーカス システムを備えたマシンが必要な場合でも、複雑な 3D 処理用の最先端のダイナミック フォーカス システムが必要な場合でも、当社にはお客様のビジネスをサポートする専門知識と製品があります。

適切な 3D レーザー マシンを選択するのは難しい決断になる可能性があることを私たちは理解しています。当社の専門家チームはいつでも詳細な情報を提供し、ご質問にお答えし、お客様の用途に最適なマシンの選択をお手伝いいたします。今すぐお問い合わせいただき、ディスカッションを開始し、生産能力を次のレベルに引き上げてください。

参考文献

• 産業用レーザー アプリケーション ハンドブック、第 3 版、RS Bath 編集
• レーザー加工と化学、第 4 版、D. Bäuerle 著