レーザー加工とは？原理や代表的な加工機、メリット・デメリットを紹介

• レーザー加工の原理が知りたい
• メリットやデメリットが気になる

自社の製品開発にレーザー加工を検討している方の中には、このような悩みをお持ちの方も多いのではないでしょうか。

今回の記事では、原理や加工機の種類、レーザーの種類やメリット、デメリットを解説します。

レーザー加工とは？原理や仕組みを簡単に解説

レーザー加工とは、レーザー発振器などの加工機で発生させたレーザー光線を材料に照射し、穴あけや切断などを行う加工方法です。

この加工の原理は、指向性（直進性）と単色性にあります。

レーザーは指向性と単色性が強いため、レンズなどで集光すると高密度のエネルギーが発生します。
専用の加工機の中でレーザーを収束させ、高密度エネルギーを材料に照射することで、金属などの材料を加工できるのです。

レーザー加工で用いられるレーザーの種類

レーザー加工で用いるレーザーは、発振器によりさまざまな種類があります。

種類によって加工に適した素材は異なるため、適切なものを選ぶのが重要です。

レーザー加工で用いられる種類ごとの特徴を、以下にまとめました。

レーザー加工機を構成する3つの装置

レーザー加工に使用する主なレーザー加工機を紹介します。

レーザ発振器系

レーザ発振器系は、光を発振するための装置です。

ランプなどの励起光源を個体や気体といった媒体に照射し、共振器内のミラーによって光を反復させることで、レーザーとして光を発振させます。

加工光学系

加工工学系は、レーザー発振器で発生させたレーザーを集光し、テーブルに照射するための装置です。

主に反射ミラーを利用するタイプと、光ファイバーを利用するタイプの2種類があります。

加工物質系

加工物質系は、加工物を固定するテーブルと加工物そのものです。

レーザー加工では、以下の工学的な性質や熱的な性質が加工物の出来栄えに影響します。

• 加工物の反射率
• 吸収率
• 透過率

加工物質系は、照射位置を移動しながら加工する場合に必要となる、集光系やテービルを制御し、適切な速度設定を行う役割を担います。

加工物質系には、以下の2種類があります。

レーザー加工のメリット

レーザー加工が持つさまざまなメリットを解説します。

加工効率が良い

レーザー光は、熱加工で用いるほかの熱源よりもエネルギーが高く、入熱効率も良いためスピーディに加工できるのがメリットです。

ほかの加工方法と比較すると切断や表面処理などの加工速度が早く、加工作業全体の効率アップにもつながります。

プレス切断のように切断時に金型も不要なため、金型交換や管理の手間もありません。

複雑な加工ができ、加工の自由度が高い

レーザー加工では、図形データを使用するほか、照射位置やパワーを調整することで微細な加工や複雑な加工も可能です。

具体的には、以下のような加工に対応しています。

レーザーの光は細いため、切断以外の細かい加工も得意としています。

例えば、他の加工方法ではできない細かい場所への穴あけや、複雑な漢字や細かい絵柄の再現、複雑な曲線などの加工も可能です。

仕上がりだけでなく、表面へ錆びにくくする加工を施す際にも使用されています。

さまざまな素材を加工できる

レーザー加工は、対象物に触れずに加工ができるため、レーザー光が吸収できさえすれば材料の硬さに関係なく加工が可能です。

たとえば以下のような素材に対応できます。

• 硬い素材（金属、石材、合成ゴムなど）
• 柔らかい素材（木材、樹脂、皮革、生地、布、繊維など）
• 薄板の素材（紙など）
• 脆い素材（セラミックなど）

加工後の仕上がりが良い

レーザー加工では、加工後の材料にバリやカエリといった金属の出っ張りが発生しません。

そのため、仕上がりがきれいなのはもちろん、バリやカエリを除去する研磨などの後処理も不要です。

加工機のメンテナンスに手間がかからない

レーザ加工では、加工時に材料と工具が接触しません。

そのため、ほかの加工方法のように刃物や工具、研削盤などが消耗することがなく、メンテナンスに手間がかからないというメリットがあります。

材料を切断するときにも粉塵や切り屑が発生しないため、除去の手間も省けるでしょう。

必要なメンテナンスは、ミラーやレンズをきれいにする、アシストエアーを清掃するなど簡単なものだけです。

レーザー加工のデメリット

レーザー加工はメリットもある一方でデメリットもあります。

加工できない素材も多い

以下のような素材では、レーザー加工ができないケースがあります。

• 厚みのある素材
• 反射率の高い素材
• 有害物質が発生する素材

厚みのある素材はレーザーの光の焦点距離から遠ざかってしまいやすく、威力が弱まり加工できないためです。

また、銅やアルミなどの反射率の高い素材は、レーザーの光を弾いてしまいます。
ただし、適切なレーザー加工機を選定することで反射率が高い素材でも加工できる場合があります。

そのほか、レーザーの光によって有毒ガスが発生するポリ塩化ビニルを含む素材や、有害物質が発生するテフロンやフッ素なども加工できません。

加工費用がやや高め

レーザー加工を行うには、加工機そのものの費用のほかにも以下のような費用が発生します。

• 電気代
• ガス代
• 焦点レンズやミラーなどの消耗品

高性能なレーザー発振器や制御装置を備えたレーザー加工機は高額であることに加えて、ランニングコストも多く発生します。

そのため、加工機を自社で導入するよりも加工業者へ依頼するほうがコストは抑えられるでしょう。

加工に時間がかかる

レーザー加工は、材料へピンポイントで照射し、材料を溶かしながら加工する方法です。

プレス加工や切削加工などの加工方法と比較すると、加工には時間がかかります。
出力を上げればレーザー加工機の切断速度は上がるものの、その分バリやドロスが発生しやすくなるので注意しましょう。

まとめ

レーザー加工の概要や原理、加工機の種類、メリットやデメリットについて解説しました。

レーザー加工では、ほかの加工方法ではできない精度や再現性の高い加工も可能です。

ただし、その分費用は高くなる傾向にあるため、高いクオリティで加工を行うには適切な業者選びが重要です。

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