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迅速材料加工にフレキシブルファイバレーザ

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August, 12, 2021, Dresden--Saxonyとイスラエルのレーザ専門家は、ドレスデンのFraunhofer材料とビーム技術研究所(IWS)で新しいレーザの産業利用を協働テストしていいる。
 同システムは、“Coherent Beam Combining” (CBC)法に基づいている。これはハイパワーレーザではまだ新しい。その13-kWレーザは、稼働中に様々なエネルギー分布を極めて迅速に生成でき、したがって特に要求の厳しいハイテク材料でも非常に正確かつ迅速に加工できる。フラウンホッファの研究チームは、イスラエルの革新的レーザ技術を近い将来世界の企業が利用できるようにする意向である。ヨーロッパネットワークプロジェクト内でFraunhofer IWSは、そのビーム成形を研究している。これは、1000倍加速され、レーザーメーカー、Civan LasersおよびA. Kotliar Laser Welding Solutionsととも積層造形に初めて適用される。
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エルサレムの“Dynamic Beam”レーザは、現在、Fraunhofer IWSに導入されている。同研究所は、そのようなレーザソリューションを利用する世界初の研究施設になる。プロジェクトパートナー、Civan Lasersとともに研究チームは、Saxonyにおけるテストが新たなアプリケーションシナリオを生み出すことを期待している。「このレーザは、材料加工の限界を押し広げる、例えば医療技術や航空宇宙だ」とFraunhofer IWSの切断と結合技術長、Dr. Andreas Wetzigはコメントしている。

1000倍高速
Coherent Beam Combiningの使用時、イスラエルの企業Civan Lasersの“Dynamic Beam Laser”が数十の個別ビームを統合して、高品質で強力なレーザビームを作る。部分ビームにおける波の谷と山の小さな位相シフト(Optical Phased Array = OPA)により、レーザは、結果としての加工レーザビームに全く異なるエネルギー分布パタンを素早く生成する。古典的なレーザが、そのエネルギーのほとんどをビーム中央にのみ放出するのに対して、イスラエルのシステムは、加工対象に対するエネルギーパタンを、例えばリング形式、数字の8あるいは馬蹄形に生成できる。原理的に、これはビーム偏向光学系、あるいは高速振動ミラーにより、過去においてすでに可能だった。しかし、最高速振動ミラーでさえ、ビームのエネルギーパタンを再調整するのに、まだ数ミリ秒が必要である。一方、“Dynamic Beam Laser”これを数マイクロ秒以内、1000倍高速にこれを成し遂げる。

このスピードにより初めて、金属の積層造形にダイナミックビーム成形を利用することができる。“ShapeAM”の一部として、研究チームは、改善された材料特性を達成するために、新しいCIVANシステムをテストしている。特に、狙いはチタンとアルミニウム合金の積層造形製造である。宇宙コンポーネント、インプラント、モビリティ用軽量コンポーネントなど。そうすることでパートナーは、欠陥を除去し、より高品質の3Dプリンティング成果を達成するために、ダイナミックビーム成形を利用する計画である。CivanのCEO、Dr. Eyal Shekelは、このプロジェクトについて、「ShapeAMにより、われわれは、積層造形製造でダイナミックビーム成形の利点を研究することができる」とコメントしている。

“Dynamic Beam”が作業速度を2倍に高速化
 新しいレーザは、多くの積層および接合プロセスで溶融プールダイナミクスの高速、精密制御を可能にすることがすでに予測されている。また、表面だけでなく、深さにも適用される。Fraunhofer IWSは、高品質端面のバリフリー切断に関するレーザ切断で優位性も見込んでいる。従来のファイバレーザと比較して作業時間は2倍高速になる。

(詳細は、https://www.iws.fraunhofer.de)