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マイクロオプティクスを使ったレーザダイオードによる金属切断実験成果

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September, 2, 2015, Dortmund--ドイツ連邦研究・教育省プログラムの一環として2012年7月~2015年6月に行われたBRILAMET (brilliant high-power diode lasers for metal processing)共同研究プロジェクトで、ミュンスタ大学応用科学(LFM)は、ドルトムントのLIMO(LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH)と組んで金属厚板精密切断分野で広範な実験を行った。
 まず、CNC加工装置に実装された2.5kWハイパワーダイオードレーザ(HPDL)を使用した。LIMOは、HPDLビームソースモジュールの光学的接続に特殊マイクロオプティクスを用いていた。光ファイバを通してHPDLビームは、LIMOが開発した切断ヘッドに導かれる。LFMとLIMOは、「実験計画法」(DOE)を用いて、多様なノズル形状と直径および他の態様を試すことで切断プロセスの最適化を行った。プロジェクトの進行にともない、実験を拡大して4kW HPDLビーム源を含むようにした。これは、2つのレーザユニットを結合したものである。
 特に、ハイパワーダイオードレーザは比較的控えめな輝度で動作するが、6㎜厚のステンレススチールの迅速かつ精細切断に適していることをプロジェクトは示した(スピード>2.0m/分、粗さRz<30µm)。「ここでの要点は、レーザビーム形状が非対称であるだけでなく、加工結果を予測するためのモデルであること。これはプロジェクト中に開発されたものである」とLIMOのイノベーションマネージメントVP、Dr. Jens Meinschienは説明している。「レーザビーム形状をさらに調整することで、4kWダイオードレーザを用いた、2.5m/分の切断速度は達成可能である」。しかしドートムントの専門技術者の関心事は、高精度レーザ切断プロセスを最適化するためのHPDLビーム源使用にとどまらない。「過去3年、ミュンスタ大学応用科学でレーザ専門家と密接に協働してきて、さらに多くの専門技術を習得した。今では、コンポーネントの改善の仕方を知っている、最も重要な点は、適応型の光学、機械的、熱的設計を利用したkWビームソースのビーム成形システムである」とDr. Meinschienはコメントしている。