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ウォータージェットレーザ加工ヘッド|株式会社プロフィテット

ウォータージェットレーザ加工ヘッド

ウォータージェットレーザ加工ヘッド

こんなことでお困りではないですか?
  • 高アスペクト比の加工をしたいが良いツールがわからない
  • バリレスの切断加工をしたいが良いツールがわからない
  • 非導電体の材料を加工したいが、ワイヤー放電加工機ではできない
  • ウォータージェット加工だとどうもチッピングが入ってしまう

 

このページに答えがあります。

 

 

ウォータージェットレーザ加工とは

ウォータージェットレーザ加工とは
通常、レーザ加工では、レーザ光をレンズで集光し、集光点で加工を行います。そのため、集光点はレーザスポットが非常に小さいですが、そこから光軸方向にずれると加工品質が変わってしまいます。
ウォータージェットレーザ加工では、水を媒体とし、レーザを伝搬します。ウォータージェットの太さは直径30um~で、その中を光が反射しながら加工点まで伝搬していきます。
光軸方向にずらしてもウォータージェットの太さが変わらないため、加工するレーザのサイズも同じとなります。
ウォータージェットレーザ加工ヘッド構造

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ウォータージェットレーザ加工のメリット

ウォータージェットレーザ加工ヘッドによる0.01mm厚SUS切断

ウォータージェットレーザ加工ではアルミ、シリコン、シリコンカーバイド、ニッケル、インコネル、タングステン、タングステンカーバイド、ステンレス、カーボンスチール、セラミック、カーボンファイバなど様々な材料を高品質に加工することができます。

 

 

 

 

 

 

 

 

ウォータージェットレーザ加工のメリット

ウォータージェットレーザ加工のメリット
   ◯ バリフリーの高品質レーザ切断
   ◯ 熱影響の少ないレーザ加工
   ◯ フォーカス位置の調整不要
   ◯ 高アスペクト比レーザ加工
   ◯ 高アスペクト比穴あけ(アスペクト比400:1)
   ◯ 広いプロセスウィンドウ
   ◯ キャビティ内の加工
   ◯ 傾斜面の加工
   ◯ EDMのような加工
   ◯ ツール費なし、楽なセッティング

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ウォータージェットレーザ加工と、その他の加工技術との比較

ワイヤー放電加工

ワイヤー放電加工放電加工は装置の電極と加工対象の間で発生するアーク放電により加工対象を除去する加工です。ウォータージェットレーザ加工のように高精度で微細な加工を非接触で行うことができます。
ワイヤー放電加工はワイヤと加工対象間で放電を起こすことで加工対象を溶融させ除去をしていく加工です。
ワイヤー放電加工の場合、放電を利用するため、加工対象が導電性を持った材料である必要があります。また、事前にワイヤーを通すスタート穴をあける必要があるのと、どうしても熱の影響が出てしまいます。
一方で、ウォータージェットレーザ加工の場合、スタート穴が不要で、また熱の影響も小さいという特徴がございます。

 

 

 

ウォータージェット加工

ウォータージェット加工
ウォータージェット加工はその名の通り、ウォータージェットの噴射で除去加工を行います。ワイヤー放電加工機のようにワークが導電性のあるものでなければならないなどの縛りがなく、水に濡れてよければ加工が可能です。また熱影響もなく加工を行うことができます。
一方で、ウォータージェット加工の場合、ワークに大きな力が加わってしまうこと、チッピングが出やすいこと、カーフ幅が広くなってしまうこと、ノズルが摩耗しやすいなどの欠点があります。
ウォータージェットレーザ加工の場合、ワークに負荷がかからず、チップングも出ず、ノズルの摩耗も起こりにくいというメリットがあります。

 

 

 

 

 

 

レーザ加工

レーザ加工レーザをレンズで集光して行う加工です。この加工では、フォーカス位置の調整が必要で、テーパー加工となり、プロセスウインドウが狭く、熱影響の問題や、材料の変形、コンタミ付着などの問題があります。
一方でウォータージェットレーザ加工ではこれら問題がなく、美しい加工を行うことができます。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

当社のウォータージェットレーザ加工の優位点

ここでは他社のウォータージェットレーザ加工と比較した当社の製品の優位点についてご説明します。

 

高出力近赤外(IR)レーザのカップリング

これまでウォータージェットレーザ加工において近赤外(IR)光は吸収があるため使えないと言われてきました。この課題に長年に渡り取り組み、ついにマルチキロワットの近赤外レーザをウォータージェットにカップリングする技術が開発されました。
従来は低出力のグリーンレーザを使用していたため、高速切断や厚い金属の切断を苦手としていました。
当社のウォータージェットレーザは数kWのファイバーレーザを採用しており、これまでのウォータージェットレーザと比較し、高速加工ができるようになり、また厚い材料の加工も可能となりました。
また、カップリング部にもノウハウがあり、サファイヤオリフィスの損傷が起こりにくく、長寿命です。このため長時間の自動運転にも適しています。

 

 

エアジェット(ドライワーキングエリア=高品質レーザ切断)

エアジェット機構

当社がご提案するウォータージェットレーザ加工ヘッドは、独自似術のエアジェット機構を備え、加工点付近の水などの堆積を防ぐことで最大限の加工パフォーマンスを維持します。またエアジェットにより、加工点からの水の戻りも防ぐことができます。
エアジェット機構により、ウォータージェットは長いワーキングディスタンスで均一な太さを維持でき、高アスペクト比加工が実現できます。

 

 

 

 

 

 

簡単メンテナンス

簡単なメンテナンス
ユーザ様の日々のメンテナンス作業の負担を減らすため、加工ヘッドは非常にシンプルな構造となっております。
トレーニング後、簡単に保護ガラス交換、ノズル交換などの作業を行っていただけます。

 

 

 

 

 

 

装置提案

弊社ではウォータージェットレーザ加工ヘッドだけではなくリニアモータを搭載したフルシステムでの装置提案も可能です。
詳しくは以下をご参照ください。

 

ウォータージェットレーザ加工装置

 

 

ウォータージェットレーザの主な加工対象

ウォータージェットレーザ加工の対象材料 

 

 

 

加工サンプルギャラリー

アルミニウム

厚さ3mm、25mm/分

厚さ10mm、45秒/穴(穴サイズ1x1mm)

ウォータージェットレーザによるアルミの切断 ウォータージェットレーザのアルミ切断

厚さ18mm、5分45秒/穴(1辺3mmの六角形)

ウォータージェットレーザによるアルミの切断

 

カーボン&CFRP

CFRP、厚さ2mm、35mm/分

CFRP、厚さ0.8mm、330mm/分

ウォータージェットレーザによるCFRPの切断 ウォータージェットレーザによるCFRPの切断

グラファイト、厚さ15mm、8mm/分

ウォータージェットレーザによるグラファイトの切断

 

カーバイドセラミックス

B4C(炭化ホウ素)、厚さ5.5mm、7mm/分

WC(タングステンカーバイド)、厚さ9mm、1.5mm/分

ウォータージェットレーザによるB4Cの切断 ウォータージェットレーザによるタングステンカーバイドの切断

SSiC、厚さ10mm、1.2mm/分

B4C(炭化ホウ素)、厚さ2mm、28mm/分
ウォータージェットレーザによるSSiCの切断 ウォータージェットレーザによるB4Cの切断

SSiC、厚さ12mm、1.2mm/分

SSiC、厚さ14mm、1mm/分
ウォータージェットレーザによるSSiCの切断 ウォータージェットレーザによるSSiCの切断

CVD-SiC、厚さ10mm、1.3mm/分

NSiC、厚さ8mm、2mm/分
ウォータージェットレーザによるCVD-SiCの切断 ウォータージェットレーザによるNSiCの切断

SiSiC、厚さ5mm、4mm/分

SSiC、8mm、2mm/分
ウォータージェットレーザによるSiSiCの切断 ウォータージェットレーザによるSSiCの切断

 

シリコン

厚さ8mm、10-20mm/分

厚さ8mm、70秒/穴(穴径1mm)
ウォータージェットレーザによるシリコンの切断 ウォータージェットレーザによるシリコンの穴あけ

厚さ0.75mm、2.5mm穴

1辺3mmの六角形切断
ウォータージェットレーザによるシリコンの穴あけ ウォータージェットレーザによるシリコンの切断

 

ニッケル合金

厚さ3mm、28秒/穴(穴径0.5mm)

斜め穴
ウォータージェットレーザによるニッケル合金の穴あけ ウォータージェットレーザによるニッケル合金の穴あけ

厚さ12mm

厚さ4.5mm、1.5mm/分
ウォータージェットレーザによるニッケル合金の穴あけ ウォータージェットレーザによるニッケル合金のスリット加工

 

窒化・酸化セラミックス

ZrO2(ジルコニア)、厚さ0.7mm、320mm/分

窒化アルミ、厚さ0.7mm、100mm/分
ウォータージェットレーザによるジルコニアの切断 ウォータージェットレーザによる窒化アルミの切断

窒化チタン、厚さ3mm、7mm/分

高アスペクト切断
ウォータージェットレーザによる窒化チタンの切断

 

 

 

ウォータージェットレーザシステムによる加工動画

以下以外にも様々な材料加工が可能です。

 

アルミとシリコンの加工

24mm厚のアルミを高アスペクト比・超高品質切断

アルミの超高アスペクト切断

10mmシリコンの超高品質切断

タイヤの金型へスリット加工

12mm厚のSiCを高アスペクト比・超高品質切断

アルミの高速バリレス切断

10mm厚の金属を高アスペクト比・超高品質切断

8mmSiCへの超高アスペクト比切断

厚い金属板でクリスマスの飾りを作りました

ニッケル合金への穴あけ

0.5mm厚アルミの高速、バリレス切断

18mmアルミを放電加工のような品質で切断

軽量金属の切断

アルミシートの超高速、バリレス切断

準備中

 

 

 

 

eラーニング(ウォータージェット加工)

ウォータージェットレーザは焦点位置合わせが不要

革新的なエアジェット機構

安定の長時間連続オペレーション

ウォータージェットレーザは加工準備が超シンプル

 

 

 

 

ウォータージェットレーザ加工ヘッド仕様

レーザヘッド
ファイバコネクタ QBH
波長 1064~1080nm
ウォータージェット 0.03~0.08mm
ノズルアライメントモジュール 高画素カメラベース光学アライメントシステム
寸法 173 x 90 x 485mm
重量 7.5kg
ウォーターポンプ
圧力レンジ 50~550bar出力圧力
圧力安定度 脈動フリーウォータージェット±1bar
水要件 脱イオン水、3ステップフィルタ
モニタリング

水伝導性モニタリングセンサ+ディスプレイ
ポンプ出力圧力センサ+ディスプレイ
水圧センサ+ディスプレイ
マノメータ

寸法 650 x 420 x 500mm
重量 52kg(水は含まれません)
ユーティリティ
2~5気圧で水道水をポンプに供給
CDA

入力1:レーザヘッドへ接続(0~50NI/分)
入力2:レーザヘッドへ接続(0~2bar)
入力3:ウォーターポンプへ接続(4~5bar)

パワー

ライン1:レーザヘッド用(100~230V, 50/60Hz)
ライン2:ウォーターポンプ用(12~24VDC)

 


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