レーザは数多くの優れた特性があるため、金属の切断、溶接、肉盛、表面処理、ピーニングから、プラスチック、ゴムなどの有機材料の加工にまでアプリケーションが広がっている
例えば、レーザは指向性と集光性が良いため、微細加工幅や微細加工面積でのレーザ加工が可能であり、最近は紫外線域の短波長レーザや短パルスレーザを用いてさらに加工精度が向上している。また、レーザビームをレンズに集光することにより高密度エネルギーが得られるので、ほとんどの材料(金属、ガラス、セラミックス、有機材料など)を溶融もしくは蒸発させることができる。さらに、TIG 溶接やMIG 溶接と比べ、溶融ビート幅が狭く溶融深さが大きく、熱影響幅および溶接ひずみの小さい接合が可能である。
レーザ加工では、このように小領域にエネルギーを集中し、非常に効率的に材料の溶融あるいは蒸発を起こすので、切断速度や溶接速度を大きくすることもでき、光合成、光分解、合金化、化学反応への適用も可能である。レーザ加工技術は産業界の発展に大きく寄与していく、これからの技術であると考えられる。
このようにレーザ加工技術は各種分野で使用されるようになっており、最近のレーザ加工技術の進歩も著しい。そこで、これらの最新のレーザ加工技術の動向を多数の研究機関の研究者および企業の技術者に知ってもらうため、各分野の専門家にトピックスになっている最新のレーザ加工技術について執筆してもらい本書にまとめることができた。
目次
【第1編:レーザ加工の基礎と動向】
第1章 レーザ加工の基礎と最近の技術動向
1 はじめに
2 レーザとは
2.1 レーザ光の種類と特徴
2.2 レーザ光の特性
2.3 パワー密度とレーザ加工
2.4 パワー密度と溶込み形状
2.5 熱レンズ効果
3 レーザ加工と適用例
3.1 レーザ・アークハイブリッド溶接
3.2 レーザ溶着
3.3 レーザクリーニング
3.4 レーザピーニング
3.5 レーザ切断
3.6 レーザ穿孔加工
3.7 ガラス加工
3.8 レーザ溶接の品質管理
4 その他のレーザ技術
4.1 グリーンレーザ
4.2 マルチビーム加工
4.3 ビームシェービング
5 おわりに
第2章 パルスレーザによるナノアブレーションの基礎と応用
1 ナノアブレーション
2 ナノアブレーション特徴づけるアブレーション閾値
3 パルスレーザと物質との相互作用
4 微細周期構造のメカニズム
5 原子層以下の材料表面の飛散・剥離
6 レーザナノアブレーションの機能性材料創成の可能性
7 ナノアブレーションの今後
第3章 短パルスレーザ加工適用の現状と将来展開
1 はじめに
2 短パルスレーザによる加工
3 ミリ秒,ナノ秒レーザ加工と産業応用
4 超短パルスレーザ加工と産業応用
4.1 超短パルスレーザ加工の特性と加工能力
4.2 カーボンニュートラル実現のための超短パルスレーザ加工の役割
4.3 超短パルスレーザによる微細孔加工
4.4 超短パルスレーザによるテクスチャリング加工
5 ポリゴンスキャナーによる高速テクスチャリング加工
5.1 高速ディンプル加工
5.2 高速ナノ周期構造加工
6 ファイバー伝送による3D加工
7 結言
第4章 産業用に用いられるグリーンレーザと3次元レーザ加工機
1 はじめに
2 グリーンレーザ
2.1 グリーンレーザの発振器構造と仕様
2.2 グリーンレーザの銅の溶接特性
2.3 ビームプロファイル制御技術BrightLine Weld
2.4 グリーンレーザの3D造形への適用
3 レーザシステム
3.1 TruLaser Cellシリーズ62
3.2 TruPrintシリーズ
4 おわりに
【第2編:レーザ溶接技術・ブレージング】
第5章 異種材料のレーザ溶接
1 はじめに
2 異種金属のレーザ溶接
2.1 鋼材と異種金属のレーザ溶接
2.2 非鉄金属と異種金属のレーザ溶接
3 金属と樹脂のレーザ接合
4 まとめ
第6章 高出力ブルー半導体レーザの最新動向と大出力化
1 はじめに
2 高出力半導体レーザ
3 カーボンニュートラルに貢献するDDL発振器
3.1 DDL発振器の基本構成
3.2 次世代光源高出力ブルーレーザ発振器
4 青色波長450 nmの優位性と高反射材への期待
5 高出力ブルーレーザの加工事例と特徴
5.1 青色波長450 nmの特徴と溶接現象
5.2 高出力ブルーレーザと二次電池への適用
5.3 高出力ブルーレーザの深溶込み溶接へのソリューション
6 今後のブルーレーザの大出力化
7 まとめ
第7章 e-Mobility化に向けた高品位レーザ加工技術
1 はじめに
2 IRレーザによるレーザ溶接技術の進化と課題
3 可視光レーザによる銅レーザ溶接技術の進化と課題
4 古河電工のBlue-IRハイブリッドレーザ
5 Blue-IRハイブリッドレーザBRACE®を適用した加工事例
6 まとめと今後の展望
第8章 レーザ溶接の自動化技術開発
1 背景
2 レーザ溶接条件の自動制御
2.1 溶接試験片
2.2 観測システム
2.3 特徴抽出システム
2.4 フィードバック(FB)検証
3 レーザ溶接状態の自動判定
3.1 溶接試験片
3.2 観測システム
3.3 溶接状態判定システム
3.4 NNの認識精度の評価
4 結論
第9章 アルミニウム部品のレーザ溶接シミュレーション技術の開発
1 はじめに
2 シミュレーションの課題と解決手順
2.1 アルミニウムのレーザ吸収率について
2.2 シミュレーションの課題と解決手順
3 吸収率の算出
3.1 実機試験
3.2 伝熱シミュレーション
4 溶接シミュレーション
4.1 シミュレーションモデルの概要
4.2 パラメータの決定
4.3 実測との比較
5 まとめ
第10章 レーザブレイジングを用いたアルミニウム合金とマグネシウム合金の異材接合
1 はじめに
2 アルミニウム合金とマグネシウム合金における異材接合の原理と特徴
3 レーザブレイジングによるアルミニウム合金/マグネシウム合金の異材接合
4 レーザブレイジングによるアルミニウム合金/マグネシウム合金におけるインサート材の効果
第11章 セラミックスと金属の異種材料接合へのレーザブレージングの応用
1 はじめに
1.1 ろう付とレーザろう付(レーザブレージング)
1.2 セラミックスと金属の異材接合
1.3 セラミックスと金属の異材接合へのレーザブレージングの応用
2 接合方法と装置の特徴
2.1 レーザ光源の選択
2.2 装置の構造
2.3 装置の特徴
3 代表的な接合事例
3.1 SiC,サイアロンならびに単結晶ダイヤモンドと超硬合金の接合への適用
3.2 界面反応層の生成状況とせん断強度
4 温度制御の精密化
4.1 温度制御の装置構成
4.2 温度制御の精密化による長所
4.3 界面反応層生成の時間依存性
5 まとめ
【第3編:レーザ切断技術】
第12章 フェムト秒レーザによる複合材料の精密切断加工
1 はじめに
2 実験方法
2.1 フェムト秒レーザ装置
2.2 適正加工条件
3 試験結果及び考察
3.1 切断面のエッジ角度
3.2 切断面の形態
3.3 フェムト秒レーザとCO2レーザの比較
4 おわりに
第13章 炭酸ガスレーザによるマグネシウム合金のレーザ切断加工
1 はじめに
2 マグネシウム合金
3 マグネシウム合金のレーザ切断加工法
3.1 炭酸ガスレーザ加工機
3.2 レーザ切断加工法
4 マグネシウム合金のレーザ切断加工特性
4.1 切断溝幅
4.2 ドロス高さ
4.3 デブリ高さ
4.4 切断加工溝性状
第14章 CFRP切断用レーザ加工機CVシリーズとその最新加工事例
1 はじめに
2 CFRPの産業適用分野
3 CFRP加工の課題
3.1 現状工法の課題
3.2 レーザ加工における課題
4 CFRP切断用レーザ加工機CVシリーズの特長
4.1 CFRP切断用発振器
4.2 シングルパス加工ヘッド
4.3 制御装置・リモートサービス
5 CVシリーズによる加工事例
6 各工法との加工時間,ランニングコスト比較
7 おわりに
第15章 レーザスライシング技術を応用したシリコンウエハの精密切断
1 はじめに
2 レーザ波長とパルス幅の選定
3 Siに対するレーザスライシングの加工メカニズム
3.1 実験方法
3.2 パルスエネルギが内部改質とき裂形成に及ぼす影響
3.3 レーザ照射間隔がへき開伸展・連結に及ぼす影響
3.4 レーザスライシングによる剥離面性状
4 レーザスライシング技術を応用した切り抜き加工
4.1 レーザ切り抜き加工
4.2 球面収差によるエネルギ密度低下の影響と補正
4.3 収差補正による効果
4.4 レーザ切り抜き加工によるR面取り
第16章 深紫外ピコ秒レーザーによる非熱的切断加工
1 はじめに
2 深紫外レーザーの特徴
2.1 金属材料
2.2 絶縁体
3 深紫外ピコ秒レーザー光源の特徴
4 深紫外ピコ秒レーザーを用いた加工例
4.1 樹脂フィルムの加工
4.2 軟磁性材料の加工
5 アブレーション加工を用いた生産性の向上
【第4編:レーザ精密加工技術】
第17章 EV主要部品におけるレーザ精密溶接の新展開
1 はじめに
2 EV化によるレーザ精密加工の新展開
2.1 銅の精密接合
2.2 異種材料の接合
3 EV主要部品のレーザ溶接の適用例
3.1 バッテリー生産工程での展開
3.2 E-Axle部品生産工程への展開
4 精密溶接におけるスキャナヘッド
5 レーザ溶接のモニタリング技術
6 おわりに
第18章 強く集光したベクトルビームによるレーザー微細加工
1 はじめに
2 ベクトルビームの集光特性
3 ベクトルビームを用いた穴あけ加工におけるNA依存性
4 高NA条件下における径偏光ビームのシングルショット加工
5 まとめ
第19章 空間光位相変調モジュールを用いた高機能微細レーザ加工
1 はじめに
2 空間光位相変調モジュールの諸特性
2.1 空間光位相変調モジュール
2.2 ホモジナイザを用いた強度分布の均一化
2.3 各種レーザに対する耐光性
3 レーザ加工への位相変調技術の適用例
3.1 球面収差補補正による内部加工品質改善
3.2 微小2次元コード一括マーキング
3.3 多光束干渉加工による微細周期構造の生成
3 まとめ
第20章 超短パルスレーザ複合3次元微細加工技術の開発と高機能デバイス作製への応用
1 はじめに
2 除去/無変形複合3次元加工技術
3 除去/付加複合3次元加工技術
3.1 3次元ガラスマイクロ加工+2光子造形
3.2 3次元ガラスマイクロ加工+選択的メタライゼーション
4 除去/付加/除去複合3次元加工技術
5 まとめ
【第5編:レーザ表面処理(焼入れ/合金化)・レーザピーニング・レーザクリーニング】
第21章 省エネ・低歪みのレーザ焼入れ技術
1 はじめに
2 半導体レーザ
3 レーザ焼入れ
3.1 レーザ焼入れにおける品質
3.2 レーザ焼入れ最適条件設定
3.3 鋼材へのレーザ焼入れによる硬度
3.4 鋼材へのレーザ焼入れによる硬化層深さ
3.5 鋳物へのレーザ焼入れによる硬度
3.6 レーザ焼入れ後の歪み
4 温度フィードバックコントロール
5 おわりに
第22章 高出力半導体レーザを用いたレーザ焼入れ技術
1 はじめに
2 レーザ焼入れの歴史
3 高周波焼入れとレーザ焼入れ7つの違い
3.1 加熱方法
3.2 冷却方法
3.3 焼入れ範囲
3.4 硬化層深さ
3.5 焼入れ硬度
3.6 熱処理歪
3.7 品質管理
4 まとめ
第23 章 レーザ誘起湿式表面改質処理の開発
1 はじめに
2 レーザ誘起湿式表面改質処理によるステンレス鋼の摩擦摩耗特性の向上
3 ミスト供給方式レーザ表面改質処理の提案
4 レーザ誘起湿式表面改質処理によるチタン系材料の生体適合性の向上
5 レーザテクスチャリングとのハイブリッド化
第24章 レーザ誘起衝撃波による金属の表層加工 ―レーザピーニング―
1 はじめに
2 レーザピーニング
3 近年のレーザピーニング研究
4 おわりに
第25章 真空紫外レーザー誘起光化学プロセスによる微細隆起構造形成と超撥水性発現
1 はじめに
2 真空紫外レーザー誘起光化学プロセスによる微細隆起構造形成
3 周期的微細隆起構造の形成と超撥水性の発現
4 超撥水性表面に形成する空気層の電気的応用
5 おわりに
第26章 レーザークリーニングの最新技術動向
1 はじめに
2 レーザークリーニングとは
3 レーザークリーニング技術の原理
4 レーザークリーニング技術の主な導入・採用事例
4.1 接合前クリーニング(自動車)
4.2 接着前クリーニング(自動車)
4.3 溶接線クリーニング(鉄道,建機,プラント,電力,インフラ)
4.4 金型クリーニング
4.5 高温酸化スケール・黒皮除去(電力)
4.6 溶射前クリーニング(プラント,電力,インフラ)
4.7 インフラメンテナンスでの適用
4.8 防衛分野での採用事例と専用オプション
5 レーザークリーニングの安全性(求められる安全性能)
6 おわりに
【第6編:レーザクラッディング(肉盛・3Dプリンタ・AM)】
第27章 レーザ粉体肉盛による積層造形技術とその応用
1 はじめに
2 レーザ粉体肉盛技術の位置づけ
3 レーザ粉体肉盛技術の仕組み
4 直噴式レーザ粉体肉盛技術の活用
4.1 ドリル刃先への硬質層形成
4.2 部品補修への活用
5 レーザ粉体肉盛における青色レーザの適用
6 おわりに
第28章 レーザ照射によるチタン合金表面への炭窒化および硬化肉盛
1 はじめに
2 レーザ照射方法について
3 レーザ照射によるTi-6Al-4V合金表面への炭窒化
3.1 炭窒化層の組織
3.2 炭窒化層の硬さ分布
4 レーザ照射によるTi-6Al-4V合金表面への硬化肉盛
4.1 硬化肉盛層の組織
4.2 硬化肉盛層のビッカース硬さ分布
5 改質された試料の摩耗特性
第29章 電子ビーム方式金属3Dプリンタの開発
1 はじめに
2 電子ビーム加工の特徴
3 電子ビーム加工機の特徴と用途
4 電子ビーム金属3Dプリンタの特徴
5 国産電子ビーム金属3Dプリンタの開発
5.1 開発の概要
5.2 開発課題と開発成果
6 電子ビーム金属3DプリンタEZ300の紹介
第30章 レーザによるAM(アディティブ・マニュファクチャリング)技術
1 はじめに
2 AM技術の分類と開発動向
2.1 AM技術の分類
2.2 レーザを用いた金属AM技術の開発動向
3 PBF-LBプロセス
3.1 プロセスの概要
3.2 溶融凝固現象
3.3 品質保証技術
4 今後の展開
5 おわりに
