レーザー彫刻とは？

レーザー彫刻の基礎

レーザー彫刻は、レーザーを使用して材料の表面にデザインをエッチングまたはマークする表面仕上げプロセスです。 レーザーは、他の方法では達成できない微細なディテールやパターンを彫刻するために正確に焦点を合わせることができる強力な光線を生成します。 レーザー彫刻中、高エネルギーのレーザー ビームが選択した領域の少量の材料をアブレーション (蒸発) させ、永久的なマークを作成します。 レーザー彫刻は、金属、プラスチック、ガラス、石などの幅広い素材の装飾、ラベル付け、マーキング、パーソナライズに使用されます。 非接触かつ消耗品を使用せず、永続的で高精度のマーキングが可能になります。

レーザー彫刻の目的

レーザー彫刻は、永続的で高精度な性質を備えているため、さまざまな素材に魅力的なマーキング技術です。 レーザー彫刻の主な目的と用途を理解すると、この一般的なレーザー加工方法についてより深い洞察が得られます。

• 装飾 – 製品の表面にユニークな視覚効果とパターンを作成し、美観を向上させます。
• ブランディング – ブランドの宣伝のために製品にロゴやその他の識別子を彫刻する
• セミオーダーサービス – 名前、日付、その他のカスタム情報を彫刻して製品をパーソナライズします
• 機能マーキング – スケール、ダイヤル、ボタン、その他の機能マーカーを作成します
• セキュリティマーキング – 固有のシリアル番号または偽造防止マークを追加する
• 付加価値 – 彫刻による製品価値の向上
• 恒久的なマーキング – レーザーは材料表面に永久的なマーキングを作成できます
• 高精度マーキング – レーザービームの集光により、微細で複雑なパターンを実現
• 非接触マーキング – レーザー照射中に物理的接触は必要ありません
• 自動化された生産 – レーザー彫刻により自動組立ライン生産が可能
• ブランド文化 – 特別なデザインにより、製品ストーリーと文化的価値を追加できます
• 強化機能 – 工具や器具にスケールやマーキングを追加することで実用性が向上

レーザー彫刻の種類

レーザー彫刻プロセスにはいくつかの異なるタイプがあり、それぞれに独自の利点と最適な用途があります。 さまざまなレーザー彫刻技術を理解すると、その方法を目的のマーキング結果と一致させることができます。

• ラスター彫刻 – レーザーヘッドが前後にスキャンして領域全体に平行線を彫刻し、明るいトーンの画像とテクスチャを作成します。 ラスター彫刻はほとんどの素材に使用でき、最も一般的なプロセスです。
• ベクトル彫刻 – レーザーは、デジタル化された画像の輪郭に沿って点から点へと直接移動する事前定義されたパスに従います。 この「ベクター カッティング」手法により、シャープできれいな線とグラフィックが生成されます。
• 深彫り – 高出力で複数のパスを使用することで、深い彫刻が材料の奥まで浸透し、凹んだキャビティと顕著な 3D レリーフ効果を作成します。
• 3D彫刻 – 特殊な 3D 彫刻では、レーザーの焦点シフトを制御し、複数のレベルを正確にオーバーラップさせることで、複雑な XNUMX 次元構造を生成できます。
• カラーフィリング – レーザー彫刻された凹部に色が選択的に溶け込み、視覚的に鮮やかな色のコントラスト効果が追加されます。
• 発泡 – 一部のプラスチックはレーザー照射により膨張します。 この発泡効果を制御すると、独特の埋め込まれた多孔質パターンを作成できます。

レーザー彫刻に適した素材

レーザーは広範囲の材料を効果的に彫刻できますが、最良の結果を得るには物理的特性とレーザー相互作用パラメーターが一致している必要があります。

• 金属 – ステンレス鋼、アルミニウム、真鍮、チタン、金や銀などの貴金属。 金属はレーザービームを反射するため、通常は高出力ファイバーレーザーが必要です。
• プラスチックとポリマー – 材料を溶融/蒸発させることにより、アクリル、ABS、ポリカーボネートなどの熱可塑性材料をレーザー彫刻します。 一部のポリマーは発泡効果を示します。
• ガラス – ホウケイ酸ガラスと鉛クリスタルガラスはどちらもレーザーで彫刻したり切断したりできます。
• セラミック – 釉薬をかけたセラミックには CO2 レーザーが必要ですが、ファイバーレーザーは技術的な素焼きセラミックにマークを付けます。
• ラバー – レーザーアブレーションを使用すると、スタンプやラベルなどの滑らかなゴム素材にマーキングが可能です。
• 木材 – レーザー焼き付けにより、天然木の表面に黒く装飾的な模様ができることがあります。
• 革と布地 – 合成皮革および合成繊維は、パターンやカットプロファイルのレーザー彫刻に適しています。
• 宝石類 – レーザー彫刻は、表面を選択的にアブレーションすることで、花崗岩、大理石、ラピスなどの石に作用します。
• コンポジット – グラスファイバーやカーボンファイバーなどの素材は、簡単にレーザーマーキングできます。

レーザー彫刻装置

レーザー彫刻には、精密な材料加工のための高強度レーザービームを生成、制御、集束させるための特殊な装置が必要です。

• レーザーの種類 – CO2 レーザーとファイバーレーザーが最も一般的に使用されます。 CO2 レーザーは高出力を提供しますが、彫刻できるのは非金属のみです。 ファイバーレーザーを使用すると、金属にもマーキングできます。
• レーザー共振器 – ビーム増幅用の光キャビティを備えたレーザー発生源。
• ビーム照射 – ミラー、レンズ、ファイバーケーブルなどの光学コンポーネントは、ビームをガイドし、操作します。
• 運動制御 – 精密ステージと検流計がビームを狙い、ワークピース上でビームを移動させます。
• 冷却システム – チラーユニットは冷却された液体を循環させてレーザー温度を維持します。
• ヒューム抽出 – ヒューム抽出器はプロセスガスと破片を除去します。
• ソフトウェア – コンピュータプログラムは設計ファイルを転写し、レーザーの位置決め/出力を制御します。
• 作業領域 – 安全インターロックを備えた密閉型レーザーチャンバーにより、制御された動作範囲が提供されます。
• ポジショニング – 回転軸は円筒状のワークピースを回転させて円周彫刻を行うことができます。
• アクセサリー – ビームスプリッター、波長変換器、特殊レンズ、回転器具。

レーザー彫刻プロセス

高品質のレーザー彫刻を実現するには、完全なレーザー マーキング ワークフローを慎重に計画し、実行する必要があります。

1. 設計 – パターン、グラフィックス、テキスト、シリアル番号を指定したベクターおよびラスター デザイン ファイルを作成します。
2. 材料の準備 – 材料の表面が清潔で準備が整っていることを確認し、必要に応じてコーティングを除去します。 材料を所定の位置に固定またはテープで固定する。
3. レーザーのセットアップ – 材料に基づいて、適切なレーザー、レンズ、出力、速度、および焦点パラメータを選択します。
4. テスト彫刻 – サンプル片にレーザーマークを試行して設定を微調整します。
5. 彫刻 – プログラムされたデザインファイルに従ってレーザー彫刻システムを操作します。 プロセスの監視。
6. 後処理 – 破片の清掃、保護コーティングの除去、表面の平滑化。 必要に応じて色の塗りつぶしを追加します。
7. 検査 – 彫刻の品質と仕様を満たしているかどうかを確認します。 必要に応じて彫刻を繰り返すか、再研磨してください。

産業用アプリケーション

レーザー彫刻は、コンポーネント、部品、製品に永久的なマークを付けるために製造業界全体で広く使用されています。

• 自動車 – VIN番号、ブランドロゴ、コントロールラベル、ダイヤル、キックプレート、トリムパーツ。
• 航空宇宙 – 部品番号、認証マーク、増分スケール、データプレート。
• 電子 – キーボードのマーキング、シリアル番号、規制ラベル、目盛り。
• 医療 – 機器のスケールとインジケーター、使い捨てツールのマーキング。
• 火器 – シリアル番号、モデル名、装飾要素、照準マーク。
• 工作機械 – コントロールパネル、マシンIDプレート、目盛り付きダイヤルおよびポインター。
• パイプ – レイアウトライン、流体インジケーター、バルブおよび継手のラベル。
• 看板 – 企業ロゴ、操作説明書、プラカード、装飾要素。
• 家電 – ブランド名、管理ラベル、目盛り、シリアル番号。

ジュエリーやアクセサリーのレーザー彫刻

レーザー彫刻は、ジュエリー、時計、アイウェア、ハンドバッグ、財布、その他のアクセサリーの装飾デザインに最適です。

• ユニークなデザイン – 複雑なモノグラム、名前、パターンで作品をパーソナライズ。
• ロゴのブランディング – 永続的でありながら微妙な企業ロゴまたは記章。
• セキュリティマーク – 貴金属部分にシリアル番号とブランドを微細に彫刻します。
• ツートン効果 – ポリッシュとレーザーマットのテクスチャを組み合わせます。
• 目に見えないマーキング – 低電力を使用して貴重品に微妙にマークを付けます。
• 色の塗りつぶし – 彫刻部分をエナメル塗料で埋めて鮮やかさを出します。
• 複雑な形状 – 柔軟な 2D および 3D レーザー制御は曲面に適しています。
• 貴金属 – 金、銀、プラチナを損傷することなく正確にマーキングできます。
• 宝石の設定 – 石の周囲と統合された要素を直接彫刻します。
• 目盛マーク – 時計の文字盤に正確な目盛とインジケータを適用します。

他の表面処理との比較

レーザー彫刻には多くの利点がありますが、用途の要件によっては、他の表面仕上げ技術の方が適している場合があります。

• 機械彫刻 – ダイヤモンド カッターを使用するため、より多くの接触が必要ですが、より多くの材料に加工できます。 手作業により創造的なデザインが可能になります。
• 光化学 エッチング (クリックして詳細を確認) – 化学薬品を使用してマスクを通して金属をエッチングします。 深さは限られていますが、非常に一貫した結果が得られます。
• スクリーン印刷 – インクが細かいメッシュのスクリーンを通過して、表面にグラフィックやテキストを印刷します。 多色の効果を可能にします。
• パッド印刷 – エッチングされたイメージプレートがインクパターンを製品に転写します。 3D オブジェクトではうまく機能しますが、精度と耐久性は低くなります。
• エンボス加工 – 金型を素材に押し込んで隆起した 3D 効果を作成します。 エンボス加工では材料の除去は発生しません。
• 昇華 – 印刷された染料画像は、加熱されると基材内に拡散します。 主に繊維やポリマーに使用されます。
• レーザーマーキング – レーザー加熱による直接的な材料の変色。 コストは低いですが、一般にレーザー彫刻よりも精度が劣ります。
• インクジェット印刷 – インク滴を噴霧して、さまざまな素材にグラフィックやテキストを印刷します。 マルチカラーが可能ですが、磨耗しやすいです。