深彫り

セラミックの深彫り

窒化ケイ素やアルミナなど、エンジニアリングセラミックをスクライビングする技術では、材料に溝を切り込みます。溝の幅は制御が可能です。次に、この溝に沿って材料を割ることができます。これにより、マイクロフラクチャリングを最小限に抑えた高品質のエッジ仕上げを実現します。
さらに、アブレーションされる材料が少ないため、処理時間を最小限に抑えます。このアプリケーションではアルミナが最も一般的なエンジニアリングセラミックです。使用例として、単一のLED回路が挙げられます。
TrumpfのTru Pulse は、1回のパスで200mm / sで幅30µm以上、深さ80µm以上の窒化ケイ素の線をスクライビングします。ロングパルス幅(WF 36 / 520ns)は、一定のスキャン速度でより深いスクライビングを実現します。
また、パルス幅が長いパスと短いパスを複数使用する場合には、スクライビングの深さを調整して、スクライブプロファイルの改善が可能です。Tru Pulse レーザーでは、その場でパルスパラメータの迅速な変更ができます。さらに、ウォブルの適用により、幅が30µmを超え、深さが80µmを超える高品質のスクライビングを実現できます。
スクライビング結果は、他のエンジニアリングセラミックでも達成できます。

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ステンレスへの
深彫り

TRUMPF社のTruPulse nanoの”EP”タイプは、パルス幅の大きいパルスを発振することができ、このパルスがステンレスへの高品質な彫刻に適しております。
実験結果から、450nsのパルス幅のパルスを使用した場合は5mm3/minの速度で彫刻ができますが、200nsのパルス幅の場合は4mm3/minになり,彫刻速度が25%上がることもあります。
高品質に彫刻を仕上げるためには、彫刻プロセスの中で様々な波形を使用する必要があります。彫刻の最初の工程ではエネルギーの小さいパルスを使用し、彫刻箇所の境界のバリを防ぐ必要があります。次にパルス幅の長い高エネルギーパルスに変更して、高速で彫刻を行います。このプロセスを通して、彫刻された部分に短パルスを一定間隔で照射することで、不純物や異物を除去することができます。彫刻が終わった後に、短パルスの波形で周辺部分をクリーニングし、付着物等を除去します。
彫刻速度と彫刻品質はトレードオフの関係になることにご注意ください。
但し、この例では20W EP-Zタイプのレーザーを使用しましたが、より短い加工時間でレーザー加工を完了させる必要がある場合には、TruPulse 2005 nano(50Wレーザー)やさらに高出力のTruPulse 2007 nano(70Wレーザー)を使用することで、同様の品質の深堀を短い時間で形成することができます。

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鉄製道具への深彫り

TRUMPF社のTruPulse nanoレーザーは、様々な深堀用途に最適なファイバーレーザーです。高品質の深堀のために、ビーム品質の高い20Wのシングルモードレーザーが適しております。しかしながら、太く印字して大量の材料を除去する必要があれば、高いピークパワーで高エネルギーのパルスを発振できる40Wのマルチモードレーザーが最適です。
金型のように複雑な3D形状への微細加工は、最良の結果を得るために複雑な加工工程が必要になります。弊社のTruPulse nanoシリーズは、様々な波形でパルス発振ができることで、効率的に加工が可能です。
こちらの例では、高エネルギーパルスで粗く深堀し、その後に低エネルギーの短パルスを高周波数で照射して、周辺を研磨することで加工面を仕上げた例をご紹介します。
また、その他の多くの加工例と同様に、こちらの用途でもより高出力のモデルを使用することで、より短い加工時間で目的のレーザー加工が可能です。この加工例では、パルス幅が490nsでエネルギーが0.67mJのパルスを使用して加工しましたが、他の高出力モデルでも同様の波形をより高周波数で発振することができるため、ガルバノスキャナの走査速度を上げることで同様の加工を短時間で行うことができます。

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銀材の深彫り

TRUMPF社のTruPulse nanoレーザーは、純銀の宝飾品に様々なエッチングテクスチャーや酸化発色をマーキングするために使われています。このマーキングは1mm程度の広い焦点深度が必要です。
蝶のデザインは3分以内で刻印することができました(深さは30mm程度です)。
このプロセスは、f=163mmの通常のF-thetaレンズを使用した高速スキャンによって行われ、アシストガスは不要でした。また、F75のコリメータを使用してスキャナに入射させました。TruPulse nanoのSタイプ(横モードシングル)は銀装飾品の表面にある複雑な曲面形状にわたって、高反射する銀にスポットを形成することができます。
Φ30um以下の小さなスポットサイズと、様々なパルス幅の波形を組み合わせることで、様々な色で酸化発色することができ、また鮮やかな視覚効果のあるテクスチャに仕上げることもできます。TruPulse nanoレーザーの重要な特徴により、波形を切り替えた際にも継ぎ目なく複雑なデザインを作ることができます。この特徴は、様々な酸化発色効果を得るために、異なる波形で複数回レーザー照射を行う場合に大きな利点があります。
この用途で使用したHタイプは、他にも40Wと70Wモデルがございますので、同様の加工をより短時間で行うことができます。

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超合金の遮熱コーティング(TBC)除去

遮熱コーティング(TBC)は航空産業やガスタービン製造工程などで、部品寿命を延ばす為に使用されています。TBCはさらに、自動車産業でエンジン廃棄システムからの熱損失を抑える目的で使用されてきています。TBCは、長時間継続する高温に材料がさらされることを防ぎ、部品の酸化を抑えることができます。TBCは、金属基板や接着剤、コーティング材、熱成長酸化物及びセラミックの上塗など複数層から構成されています。
TBCを除去する上での課題は、燃えたり面が粗くなることを避けつつ、表面の品質を維持しながら分厚い層を除去しなければならないことです。TruPulse 2007 nanoは熱影響の範囲を最小に抑えたうえで、短時間で高品質な金属面を露出させることができます。もう一つの利点として、アシストガスが不要であることが挙げられます。これにより大幅なコスト削減に繋がります。
8mmの厚みで2mmx2mmの範囲のTBC層を除去するために63秒でした。10mmx10mmにすると19分を要しました。加工時間は10%程度の短縮は可能ですが、加工面の品質に影響がありました。詳細なレーザー加工条件は下記の表をご覧ください。TruPulse 2010 nanoを使用し#30の波形であればより速い加工が可能ですが、熱影響範囲が広くなります。

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