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合成物

合成物は、特性の異なる複数の材料を組み合わせることで、個々の特性よりも優れた特性をもつ新しい材料(合成物)となるように作られたものです。たとえば、炭素繊維強化材料をエポキシマトリクス材料に埋め込むことで、強度が高く軽量な構造用合成物が形成されます。炭素繊維自体には、構造材料として使用するほどの強度はなく、エポキシ自体に十分な強度はありません。ほとんどの合成物は、レーザー切断、彫刻、およびマーキングによって加工できます。

Sample of Composite Materials

複合材料の種類








レーザー加工のタイプ

レーザーは、新製品の開発から大量生産まで、材料加工において幅広い役割を担っています。すべてのレーザー加工について、レーザービームのエネルギーは材料と相互作用して、何らかの方法で材料を変換します。各変換(つまりレーザー加工)は、レーザービームの波長、出力、デューティサイクル、および反復率を精密に調整することで制御されます。このようなレーザー加工には、以下のものがあります。

すべての材料には、レーザービームがどのように相互作用し、その結果材料がどう改質されるかを決定付ける固有の特性があります。このことは、レーザーシステムを「レーザーカッター」、「レーザー彫刻機」、または「レーザーマーカー」として使用するかどうかに関係なく当てはまります。合成物の最も一般的な加工を以下にご紹介します。


合成物のレーザー切断
合成物は複数の異なる材料で構成されているため、正しいレーザー波長を選択することが重要です。合成物のすべての構成要素が有機材料である場合、それらの材料はすべてCO2レーザービームのエネルギーを吸収します。レーザービームは、その過程で材料を直接加熱するため、材料が気化します。レーザー出力が十分な強さであれば、レーザービームによって、滑らかできれいなエッジを残したまま材料が完全に切断されます。合成物の構成要素が金属である場合、レーザー切断加工はファイバーレーザーで行うことができます。ほとんどの場合、合成物の構成要素に対してそれぞれ異なるレーザー波長が必要になります。これについては、「ユニバーサルの利点」で取り上げます。

合成物のレーザー彫刻
一定の深さまで材料を除去する(彫刻する)ように、CO2レーザービームの出力を制限できます。レーザー彫刻加工を施して、合成物の表面にパターンやデザインを作り出すことができます。また、レーザー彫刻を使用して、情報を伝達することもできます。

合成物のレーザーマーキング
CO2またはファイバーレーザービームを使用して、多くの合成物にレーザーマーキングすることができます。表面の材料のほとんどが有機物の場合は、CO2レーザーを使用する必要があります。また、表面の材料のほとんどが金属の場合は、ファイバーレーザーを使用する必要があります。どちらにしても、レーザービームのエネルギーは合成物の表面で吸収され、その外観が変化します。これにより、多くの材料を除去することなく、目に見えるマークを作り出すことができます。レーザーマーキングを使用することで、デザインを作り出したり、情報を伝達したりすることができます。

複合加工
前述のレーザー切断、彫刻、およびマーキング加工は、合成物を移動したり再固定したりせずに組み合わせることができます。







一般的な複合材料レーザーシステムの注意点

プラットフォームの規模 – レーザー加工する最大の合成物を保持するのに十分な大きさであるか、または大型シートを加工するためのクラス4の機能と安全対策を備えていなければなりません。

波長 – 合成物が主に有機材料で構成されている場合は、10.6ミクロンの波長のCO2レーザーが最適です。合成物が主に金属材料で構成されている場合は、1.06ミクロンの波長のファイバーレーザーが最適です。

レーザー出力 – 実施する加工に基づいて選択する必要があります。主に有機材料で構成されている合成物のレーザー切断、彫刻、およびマーキングには、25~150W(CO2レーザー)が最適です。主に金属材料で構成されている合成物のレーザー切断、彫刻、およびマーキングには、40~50W(ファイバーレーザー)が最適です。

レンズ – 2.0レンズは、合成物のレーザー加工に最適な汎用加工レンズです。

切断テーブル – レーザー切断用のプラスチックの合成物をサポートしています。

排気 – レーザー加工中に発生した気体や粒子を、合成物のレーザー彫刻機、レーザーカッター、レーザーマーカーから除去するのに十分なエアフローが必要です。

エアアシスト – レーザーの焦点の近くに空気を噴射して、合成物のレーザー彫刻、切断、およびマーキング中に発生した気体や粒子を除去します。



合成物のレーザー加工に関する環境、衛生、および安全性への配慮

ほとんどの場合、レーザー材料の相互作用によりガス状流出物や粒子が生じます。流出物には、さまざまな揮発性有機化合物(VOC)が含まれているため、外部の環境に排出する必要があります。あるいは、流出物を最初にろ過システムで処理してから外部環境に排出することもできます。合成物の燃焼はレーザー加工に伴う現象で、炎を発生させる可能性があります。そのため、合成物のレーザー加工を常に監視する必要があります。