レーザー加工の基礎

レーザー加工の基礎

レーザー加工技術概要

光産業創成大学院大学坪井 昭彦

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ものづくりにおけるレーザー技術の歴史的意義、主なレーザー機器、各種レーザ加工技術の発展、その応用事例

 本講座はものづくりを行う企業に所属する中堅技術者を想定しています。自社にレーザー加工技術の知識を持ち帰って実際に活用できる人材を育成するために19日間に及ぶカリキュラムを組みました。 初日第1回目の講義は、レーザー加工技術の概要を俯瞰的に説明いたします。

 レーザー加工の特徴はそもそも何か?レーザーおよびレーザー加工システムは発明から現在までの60年間においてどの様に進化してきたか?そして、何に使えるか?(レーザー加工のアプリケーションマップ、代表的なレーザー加工応用例)について、解説いたします。

レーザー加工の基礎

光・レーザーと物質の相互作用

光産業創成大学院大学藤田 和久

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光吸収・反射、物質変化、電磁波、熱反応、プラズマ

 材料面にレーザー光が照射されたときに起こる物質の光吸収・反射、物質変化など、あらゆるレーザープロセシングの基本となるレーザーと物質の相互作用と、それをもたらす主要な加工の要素などを学びます。

レーザー加工の基礎

レーザー光学の基礎

光産業創成大学院大学長谷川 和男

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レーザー加工に関する基礎、ビーム、偏光、光ファイバ、波長変換

 レーザー装置を使いこなすためのレーザー光の性質と、レーザー装置と、レーザー光の制御などを紹介します。

 具体的には、光学的な基礎知識(重要な専門用語)や、レーザー加工に関する基礎と、ビーム、偏光、光ファイバ、波長変換を紹介し、レーザー加工に必要な被加工材料の光学物性の理解についても解説します。

レーザー加工の基礎

レーザー光源総論

株式会社レーザーシステム浅川 雄一

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産業用レーザー(CO2、YAG、レーザ発振原理、パルス(超短パルス込)・CW、UV・短波長・NIR、マクロ加工・ミクロ加工、各種材料 概論

 レーザー光はその特徴である単色性や指向性の良好さから、瞬時かつ局所的にエネルギーを集めることが可能なため、加工のみならず、様々な応用に用いられている。

 その応用用途や対象材料により適切なレーザー光は異なり、そのため多種多様な産業用レーザー発振器が開発、運用されている。

 本講義では、産業用レーザー発振器を俯瞰して説明し、特に近年産業応用が進んでいる超短パルスレーザー発振器に関して講義する。

レーザー加工の基礎

半導体レーザー

浜松ホトニクス株式会社松本 聡

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半導体レーザー(近赤外LD、青色LD等)、波長合成技術

 半導体レーザー(LD:Laser diode)が初めて発振してから50年の歳月が過ぎようとしている。その間の大きな技術的進展により様々な分野、アプリケーションにキーデバイスとして広く用いられている。特に光通信、光記録の分野では中心的な役割を果たしているが、近年LDの高出力化、高信頼性化の進展により、情報処理用の信号源としての役割に加え、高効率エネルギー源としての役割が期待されるようになった。

 高出力LDは、まず固体レーザー(特にNd:YAGレーザー)の励起用光源として用いられた。固体レーザーの励起用光源として使う場合は、固体レーザー発振によるエネルギーロスを伴い、構成も複雑化するため、次第にLD光を直接加工に用いることが試みられるようになった。

 LDは他の加工用レーザーに比べエネルギー変換効率の点で群を抜いており、省電力化(低炭素排出)、低ランニングコスト化の点で極めて導入効果が高い。また、小型であるため省スペースが実現でき、工場レイアウト変更等にも柔軟に対応可能である。

 本講義ではLDの基礎に触れた後、加工用の高出力LDの特徴及び特性について講義する。

レーザー加工の基礎

ディスクレーザー

トルンプ株式会社中村 強

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ディスクレーザー、短パルスレーザー、グリーンの波長変換レーザー、光源・加工機開発、レーザー加工技術

 本講義では、ディスクレーザーの構造をもとにその特徴である高いビーム品質、出力安定性、そして拡張性が実現されている理屈と、それにより生産現場で活用されている根拠の理解を深めることが目的である。

 高出力グリーンレーザー、短パルスレーザー、超短パルスレーザーへの応用についても、その構造からディスクレーザー技術と光学系の組み合わせによる拡張性を解説する。

 本講義の最後では、開発ロードマップを踏まえたディスクレーザーの未来と、実現し得る技術を紹介する。

レーザー加工の基礎

ファイバレーザー

古河電気工業株式会社藤崎 晃

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ファイバレーザー光源・加工機開発、レーザー加工技術、ファイバレーザー短パルスレーザー

 当初、光通信用の光源として開発されたファイバーレーザーの歴史と、レーザー加工用の光源用として高出力化されるまでの経緯を紹介し、その高出力化を支える要素技術について解説します。ファイバレーザーの市場動向や研究開発の展望についてもふれます。

 また、レーザー加工事例では、連続波(CW)型とパルス型のファイバレーザーの各々の基本特性と、その特徴を生かした種々のレーザー加工事例を紹介します。

レーザー加工の基礎

光学系・光学設計

シグマ光機株式会社紫藤 昭博

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溶接、切断、微細加工等のレーザー加工機用加工ヘッドの設計、製作

 溶接、切断、微細加工などのレーザー加工法では、その用途に応じた光学部品を使い分けています。本講義では半導体の微細加工、FPDの切断、金属溶接などで使用されている事例を取り上げながら、レーザー加工用光学系・光学設計の基礎について説明いたします。

 光軸調整とは何か? fθレンズ、対物レンズとは? ARコートとは? また、それらを組み合わせて光学システムを構築する概念などを紹介いたします。

レーザー加工の基礎

加工光学系

住友電気工業株式会社岡田 健

             
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レーザー光学系、ビーム制御、熱レンズ効果、光学素子、コーティング、高機能光学素子(DOE)

 レーザー加工に携わる際に、光学系に関する知識は欠くべからざるものである。レーザー加工機、レーザー加工技術の開発において、光学系の選定、設計の最適化が成功への近道となる。

 顕微鏡や測定器など、光学を実用科学に適用する分野は多岐にわたるが、本講義では、レーザー加工における光学系ということに着目し、できるだけ基本的な事柄の解説を行う。

レーザー加工の基礎

レーザー加工の安全

近畿大学橋新 裕一

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安全・安全対策の基本、安全基準と規制、事例説明

 レーザーは光の一種であり、光は電磁波の一種でもある。太陽光や電灯などの光と比べて、レーザーは次のような特徴を持つ。単色性に優れ、指向性・平行性が極めてよく、高出力性・高集光性を持ち、干渉性に優れている。これらの特徴を十分に理解することが、レーザーを知ることになる。太陽光や電灯の光を微弱な光とすれば、レーザーは高強度な光と云える。したがって、高強度な光と物質との相互作用を考慮する必要がある。

 レーザーの照射形態には連続発振(CW)型とパルス発振型がある。パワー[W]は単位時間あたりのエネルギー[J]である。したがって、パワーと照射時間の積がエネルギーとなる。同じエネルギーでも、短時間で高強度パワーを照射する場合と、長時間で低強度パワーを照射する場合とでは物質に与える影響が異なる。前者は熱影響層が薄く、後者は厚くなる。

 近赤外線領域のレーザーは最も危険な部類に入る。目に見えない光でありながら、眼に入れば、角膜、レンズ(水晶体)、硝子体を透過し、網膜で吸収される。一度露光されれば、網膜損傷・出血を招き、視機能が失われる。

 したがって、作業者のみならず、周辺の関係者全員が安全(保護)めがねを装着しておくことが必須である。金属などの反射物や可燃物はできうる限り現場から遠ざける。使用するレーザーの機種(波長、照射形態)を十分に理解し、予備実験を行っておくことは極めて重要である。安全・安心を確保できれば、レーザー加工は有効な加工技術である。

各種レーザー加工技術

各種レーザー加工技術

半導体レーザー加工

レーザーライン株式会社武田 晋

             
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加工装置、樹脂溶着プロセス、レーザー透過・吸収制御

 種々のレーザ発振器の中で、民生品用光源として広く一般消費者に普及している半導体レーザー(LD)は、レーザー加工分野においてもその小型でシンプルな構造、低消費電力、低価格の特徴により広く普及している。

 更に、従来のIR帯LDに加えて、青色波長のブルーLDの登場により、今までIR帯レーザーでは難しかった銅などの高反射材料への適用が自動車のEV化で注目されている。

 本講義では、加工用半導体レーザーの構造、特徴、各種応用例などを幅広く紹介していく。

各種レーザー加工技術

レーザーシミュレーション1

株式会社フローサイエンスジャパン中村 知博

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FLOW-3Dシミュレーションと動画を含めた内容

 溶接時の溶融池の流体挙動を解析できるソフト(FLOW-3D Weld)を使用した解析事例を紹介する。主にレーザ溶接加工や積層造形分野について、比較可能な実験事例や映像ともに紹介する。

 また、講義ではFLOW-3D WeldのベースとなったFLOW-3Dの基本的な機能や技術の経緯、レーザ加工や溶接の流体解析を行う上で必要となる追加機能・モデルなど、事例と比較しながら紹介する。

各種レーザー加工技術

金属材料の基礎/加熱プロセス

大同大学田中 浩司

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表面処理の種類、金属材料の基礎、金属硬化原理、結晶構造、平状態図、レーザー焼入れ 事例と他工法比較

 レーザー加工技術のうち、焼入れ等の表面硬化プロセスに必要な鉄鋼材料に関する知識を得ることを目的に、金属の結晶構造、溶質元素と合金、平衡状態図の理解から始め、加熱冷却時に起こる拡散変態とマルテンサイト変態について解説する。

 レーザーでは局部の急速加熱になるので不均一な組織状態となりやすく、その要因についてもミクロな観点から探っていく。

各種レーザー加工技術

レーザー溶接の基礎

大阪大学株式会社ナ・デックス片山 聖二

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スポット溶接、ビード溶接、レーザー溶接現象、レーザー誘起プルーム、キーホール挙動、溶融池内の湯流れ、スパッタ、ポロシティ、レーザー溶接の実用化例

 レーザー溶接の特徴を他の溶融溶接法の特徴と比較しながら紹介し、レーザー溶接時の溶込み特性について理解を深める。

 特に、溶込みに及ぼすレーザー溶接条件の影響、スポットおよびビード溶接現象、レーザー溶接時のキーホール挙動や溶融池内の湯流れ、レーザービームとレーザー誘起プルームとの相互作用、スパッタの発生機構と防止策などについて概説する。

 さらに、各産業分野におけるレーザー溶接の実用化例を紹介する。

各種レーザー加工技術

各種金属の溶接特性

大阪大学株式会社ナ・デックス片山 聖二

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各種金属の物理的特性、各種金属の溶接性、亜鉛めっき鋼、高張力鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅、チタン合金、凝固割れ

 各種金属材料の特徴と物理的特性、これらと溶接の基本現象や溶接時の特徴との関連性などについて概説する。

 また、金属材料レーザー溶接部のミクロ組織的特徴と硬さ分布、気泡やポロシティの発生機構と防止策、銅のレーザー溶接性の現状などについて紹介する。

 さらに、各種金属材料の異材接合において、ミクロ組織や金属間化合物の生成、引張せん断強さによる評価などを紹介する。

各種レーザー加工技術

レーザー切断1,2

三菱電機株式会社金岡 優

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レーザー切断機の基礎と軟鋼・ステンレス他の切断原理、レーザー切断技術の応用と切断機の最新機能

 量産加工分野へのレーザー切断の普及が進み、直面する課題を短時間で解決させる要求が高まっている。

 その対応には、作業現場でのヒントとなる加工の基礎原理や課題解決のための最新機能の把握は必要不可欠である。

 本講義では、レーザー切断の原理、主な加工不具合とその対策、従来加工法をレーザー加工法に転換した事例、最新レーザー加工機の機能等の現場で直ぐに使える実践的内容について紹介する。

各種レーザー加工技術

レーザーシミュレーション2

東京工科大学大久保 友雅

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シミュレーションの基礎と適応事例、金属加工、AM、CFRP切断

 レーザー加工のシミュレーションを行うにあたり必要な数値計算の手法の概要や、実際に行ったシミュレーションの例等を紹介します。

 具体的には、数値計算のメリット・デメリットから始め、支配方程式や、その方程式を解くために必要な手法の基礎的な事項について解説します。

 更に、有限差分法、有限体積法によって実装したレーザー溶接・切断・付加加工等の数値計算について紹介し、実験結果との比較から、実験では直接計測出来ない現象の理解や、逆に計算では必ずしも明らかに出来ない事象、計算結果の使い方・考え方についても解説します。

各種レーザー加工技術

レーザー表面処理

慶應義塾大学 閻 紀旺

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レーザーアブレーション、テクスチャリング、機能性発現等

 材料表面にマイクロ・ナノスケールの微細構造を形成させることで撥水性や親水性の付与、接着部の密着性および金型の離型性の改善など多様な表面機能を付与することが可能である。

 本講演では、ナノ秒、ピコ秒そしてフェムト秒までのパルスレーザ照射による金属、セラミックス、ダイヤモンド、半導体結晶などの材料表面への微細構造形成技術を紹介し、プロセス原理を概説するとともに工業的応用の可能性について展望する。

各種レーザー加工技術

レーザー塑性加工

大阪産業大学部谷 学

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レーザーピーニング・レーザーフォーミング、塑性変形、残留圧縮応力、疲労強度、耐腐食性、金型

 レーザー塑性加工とは、レーザーを使って金属材料を機械的に変形させることです。その応用例がレーザーフォーミングです。金属材料が厚いと変形せず応力が残留します。これを利用した技術がレーザーピーニングです。

 この講義では、レーザーピーニング時におこるレーザーアブレーション現象、ピーニングの原理・条件・効果・装置概要について主に講義します。

各種レーザー加工技術

パルスレーザー加工  1,2

公益財団法人レーザー技術総合研究所藤田 雅之

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短パルスレーザー、パルス発生、光吸収機構、超短パルスレーザー加工

 機械加工では、加工の目的に応じてドリルの種類や直径、バイトやフライスの種類を選択する。ボール盤に取り付けるドリルやカッタを選んで回転速度を調整しながら、穴あけ加工を行い最後に面取りカッタで仕上げたり、旋盤に取り付けるバイトとして片刃、中ぐり、突っ切りなどを選んだり、フライス盤のエンドミルで所望の加工を行う。

 加工のためのツールとしてのレーザー光も同様である。ボール盤、旋盤、フライス盤を選ぶように、レーザー発振器の波長やパルス幅を選ぶ必要がある。本体に取り付ける刃先を変えるように集光レンズを変えたり、ドリルの回転速度を変えるようにレーザー照射の時間やパルスの繰返し周波数を変えたりすることになる。

 また、旋盤やフライス盤の構造、刃先と加工物の間で起こる現象を理解することにより、加工条件の最適化や加工の限界を知ることができる。レーザー加工でも同様である。レーザー発振器の構造やレーザー加工現象を理解することがより良いレーザー加工を実現するために重要となる。

 特にレーザーのパルス幅は9桁以上もの広い範囲から選んでいくことになるので、パルス幅が変わることでレーザー加工がどのように変わるかを理解する必要がある。

 本講義では、微細加工を得意とする短パルスレーザーに着目して、パルスレーザーの原理やパルス光と物質の相互作用について解説を行う。

各種レーザー加工技術

ものづくりとデータサイエンス

神奈川県立産業技術総合研究所森 清和

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IoT、データ活用、偽陰性・偽陽性・混同行列、ベイズ統計、マハラノビスの距離

 ものづくりの現場においてレーザー加工条件や品質評価結果などのデータが, IoT(モノのインターネット)の普及によって蓄積されるようになってきました.このデータをデータサイエンスと呼ばれるアプローチやAI(人工知能)技術の一 つである機械学習によって活用することで,品質保証の高度化や熟練技術者不足への対応が試みられています.

 本講義ではレーザー加工の品質データを事例に実践的なデータ活用方法を紹介します.

各種レーザー加工技術

ものづくりと機械学習

光産業創成大学院大学楠本 利行

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条件設定自動化、品質保証(異常処理)、ニューラルネットワーク、オートエンコーダー

 ものづくりの現場で熟練技術者の代わりに機械学習を用いることで実現が期待されている課題は次のように整理できます.

1) レーザー加工条件から加工結果 (品質)を事前に予測すること

2) 目標となる加工結果となる推奨加工条件を探 索すること

3) 加工品質をモニタリングして不良の原因を推定すること

 本講座では基礎的な機械学習の考え方を示した上で,実際のレーザー加工での事例に基づき,各課題へのアプローチ手法について紹介します.

各種レーザー加工技術

プロセスモニタリング・インプロセス制御による溶接の高品質化

大阪大学株式会社ナ・デックス片山 聖二

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レーザー溶接、リアルタイムモニタリング、センシング、フィードバック制御、溶込み特性、ポロシティ、凝固割れ、OCT

 高品質・高機能・高信頼性の構造物や製品を作製するためには、レーザー装置の仕様と特質、溶接現象、溶接欠陥の発生条件と生成機構などを理解して欠陥防止法を確立し、溶接部の特性を評価する必要がある。

 レーザーによる突合せ溶接の場合、溶接ビード幅が狭いため目外れを起こしやすく、継手の溶接位置やギャップ量をモニタリングおよびセンシングする技術が必要とされる場合もある。

 そこで、パルスレーザーおよび連続発振レーザーによる溶接・接合技術に関連して、レーザー溶接時の先進技術であるインプロセスモニタリング技術、センシング技術およびフィードバック制御・適応制御法とそれらの結果について概説する。

各種レーザー加工技術

プロセスモニタリング

Laser Technology Fountain門屋 輝慶

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新規加工システム開発、プロセスモニタリング、IoT、事業化検討、OCT

 レーザプロセスにおけるIoTやAI技術の進展にともない、プロセスモニタリングはキーテクノロジーになっている。そのため、レーザ産業において、このプロセスモニタリング技術は日進月歩である。

 ここでは、モニタリング技術を、そのモニタリング機器と応用分野との関係でまとめて紹介する。

各種レーザー加工技術

レーザー加工映像実習1

光産業創成大学院大学監修担当 沖原 伸一朗

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映像によるレーザー加工機を用いた実習 切断・溶接・焼入れ・溶着

協力機関:浜松工業技術支援センター、エンシュウ株式会社    等

 本講座におけるレーザー及びレーザー加工技術に関する講義を踏まえて、講義内容の理解を深めるために、レーザー及びレーザー加工技術(切断、溶接)に関するリアルな映像を用いて実習・解説を行う。

 また、この映像実習や解説については、静岡県工業技術研究所浜松工業技術支援センター、エンシュウ株式会社、など本学と関連する企業の皆様のご協力を得て行う予定である。

各種レーザー加工技術

レーザー加工映像実習2

光産業創成大学院大学監修担当 沖原 伸一朗

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映像によるレーザー加工実習 超短パルスレーザー微細・空間光変調加工

協力機関:浜松工業技術支援センター、浜松ホトニクス株式会社

 ナノ秒、フェムト秒レーザーなどのパルスレーザーを用いたレーザー加工の映像による映像実習を行います。

 実際の加工映像を皆さんにご覧いただき、加工の要点をおさえながら解説いたします。

 パルス加工・微細加工・穴あけなどの事例を扱います。

 静岡県工業技術研究所浜松工業技術支援センター、浜松ホトニクス株式会社など本学と連携する公的機関・企業のご協力を得て行う予定でです。

各種レーザー加工技術

AM・3Dプリンタ2

大阪大学 接合科学研究所塚本 雅裕

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レーザー加工の認識の仕方、業界動向説明、青色光源開発とAM・レーザーコーティングの産業応用

 レーザーメタルデポジッション(LAM)の一つであるレーザークラッディングは基板と溶融接合した皮膜を形成する技術であるので,接合強度に優れた銅コーティングを実現するために有効な方法である.銅の抗菌性,ウイルス不活化作用はよく知られている.電車や病院,学校等において,人が接触する金属製の手すり,取っ手やドアノブなどに銅をコーティングすることで,細菌・ウイルスによるリスクを低減する公衆衛生環境の実現等が期待できる.

 本講義では、レーザークラッディングを中心に金属の3Dプリンティングに応用可能なレーザー基盤技術を紹介する.

各種レーザー加工技術

AM・3Dプリンタ1

愛知産業株式会社木寺 正晃

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AM技術概要、SLM・LMDと材料、EBM・EBAM・WAAMとの比較

 金属3Dプリンタの発展は目覚ましく、2013年ごろには10社程度であった装置メーカも今や60社以上に増え、技術分類 も10を超えました。

 今回はそれらの中でも主要な技術であるSLM/LMD/EBAM/WAAMそれぞれの技術の概要と使用されるマーケットについて解説するとともに、開発が進む前後工程や関連技術について解説します。

           

レーザー加工の産業応用

レーザー加工の産業応用

電子電気産業に向けたレーザー微細加工応用

光産業創成大学院大学日野 敦司

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微細加工のアプリケーション・加工システム開発

 レーザー発振器を光源としてμm以下のサイズの加工を行うレーザー微細加工技術は1980年代後半から産業応用への試みが活発化し、微細加工に適したUVパルスレーザーの登場により、プリント基板の穴あけ加工分野(穴径<100μmΦ)においてデファクトスタンダードの地位を築くに至りました。

 さらに2000年代半ば以降、超短パルスレーザーの性能が向上すると、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池あるいは医療分野等への応用が進み、その応用分野は年ごとに広がってきています。

 本講義では、レーザー微細加工技術を電子電気産業へ応用する際に使われるプロセス技術や利用分野の概論、及び生産技術として完成するための留意点を、主にフレキシブルプリント基板の微細穴あけ加工を例として述べてゆきます。

レーザー加工の産業応用

半導体産業における動向

浜松ホトニクス株式会社坂本剛志

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半導体、レーザ、ステルスダイシング、LCOS-SLM(空間光変調器)

 IoT普及によるクラウドサーバの増加など、拡大し続ける半導体メモリ市場において、次世代メモリにはさらなる「高集積化」「低コスト化」「薄化・微細化」を実現するためのダイシングプロセスの技術革新が求められている。

 メモリ市場各社は、5年以上の歳月を経て、既存の砥石切削型ダイシング技術から、レーザを用いた全く新しい概念のダイシング技術である、内部加工型レーザダイシング技術(ステルスダイシング技術)へプロセス変更を行い、次世代メモリの量産を実現させた。

 本講義では、ステルスダイシング技術を用いて各種半導体アプリケーションを実用化していった歴史を紹介しながら、その鍵となった革新的な加工原理と、空間光変調器を用いた加工方法に関して解説する。

             

レーザー加工の産業応用

自動車産業における動向

日産自動車株式会社樽井 大志

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自動車産業での応用(ユーザー視点)、ハイパワーレーザー応用、レーザー溶接、欧州事例

 自動車産業は100年に一度の変革期を迎えていると言われており、電動化、知能化にともない自動車の構成部品は従来の内燃機関のみならずモーターやバッテリーが採用され、車体の材料も鋼板だけではなくアルミや樹脂,複合材の適用が徐々に進んでいる。

 自動車産業におけるレーザー加工も従来のプレス部品の切断、穴あけ、エンジンやトランスミッション部品の溶接、車体の溶接だけではなく、モーター、バッテリー関連のレーザー加工や様々な材料の溶接・切断加工に適用範囲が広がっている。

 本講義では、自動車産業におけるレーザ加工技術について、その歴史を振り返り、最近の注目する応用例を紹介しながら、現在どのような種類のレーザーがどのような加工に適用されているかについてユーザー視点から述べる。

レーザー加工の産業応用

重工業産業における動向

株式会社IHI杉野 友洋

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ハイパワーレーザー応用、レーザー溶接、航空・宇宙応用、橋梁・大型構造物への応用、ユーザー視点

 レーザ光を熱源として用いるレーザ加工は、低入熱・高精度・高速加工が可能であることから、幅広い産業分野での利用が期待されている。しかしながら、重工業分野では、部材が厚肉・大型である上に、継手に対する要求品質が高いため、レーザ発振器の出力と発振効率、対象物の精度管理とハンドリング、加工そのものの安定性等において解決すべき課題が増えること、および少量生産であるために設備コストが製造コストに見合わないことなどから、普及はそれほど多いとは言えない。それが近年のレーザ発振器の高輝度・高効率化を契機として、適用対象が大きく広がりつつある。

 ここでは、重工業分野でのレーザ利用の変遷を事例として紹介するとともに、今後大型構造物などへの実用化で必要とされるであろう関連技術と課題に関して述べる。

レーザー加工の産業応用

ファイバレーザーの産業応用

IPGフォトニクスジャパン株式会社宮田 一成

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IPGフォトニクス(サプライヤー視点)、欧米における産業応用、光源・加工機開発

 現在、レーザー加工は産業界に欠かせない加工技術の1つになった。ただし、一般的な機械に比べると、特別な装置に分類されているため、作業者を含め、レーザー加工に関わる人たちは、新たな操作方法やメンテナンスを覚えなければならない技術でもある。

 しかし、近年開発されたファイバレーザーは、メンテナンスがほとんど無く、レーザー発振器の調整を必要としないため、一般的な加工機のように、刃物である集光光学系の設定、工具の回転数であるレーザー出力や加工速度を設定し、周辺の切削油である、アシストガスを設定するぐらいで、加工ができるようになってきた。

 ここでは、ファイバレーザーを産業界に広めた代表的なメーカであるIPGフォトニクス社よりサプライヤー視点での欧米における産業応用について述べる。

レーザー加工の産業応用

医療分野での事業化事例

株式会社ニデック荒木 隼悟

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医療分野(眼科)、可視光レーザー、生体加工、超短パルスレーザー

 眼科医療におけるレーザー応用を紹介する。

 1960年にレーザー発振が実証され、その翌年にはルビーレーザーが光凝固治療の光源として用いられたように、眼科治療はレーザー技術の発展とともに進歩してきた。

 レーザー治療における照射パラメータ(光の波長・パルス幅etc.)は主に眼科組織の吸収特性や生じる物理的作用によって決定される。例えば、眼底治療ではCW可視レーザーを用いた網膜熱凝固,LASIK手術ではフェムト秒レーザーやエキシマレーザーを使った角膜アブレーションである。

 本講義では、上記のようなレーザー物理に着目しながら、各眼科疾患におけるレーザーの適用事例を解説する。

レーザー加工の産業応用

レーザージョブショップの事業化事例

株式会社ナノプロセス刀原 寛孝

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レーザージョブショップ、試作事業、レーザー加工技術の捉え方、事業立上げ

 レーザー加工技術導入において認識していただきたい事項について、レーザージョブショップを運営する立場より解説するとともに、レーザー加工の特徴・ポイントについて述べる。

 レーザー加工の基本は、競合は何か?というところに視点を置くべきでこれが成功の鍵となる。レーザー屋が加工や装置を事業としても長続きしない理由、他工法と比較してどのような時にレーザー加工を活かせるかを説明し、レーザー加工の条件探索についても説明する。

レーザー加工の産業応用

事業化構想とその取り組み

株式会社トヨコー若林 浩次

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今だから話せるレーザー加工機の事業化成功事例と失敗事例、インターフェース指向エンジニアリング実施例、失敗しないためにレーザ事業を見極める力を養う練習

 レーザー光源・加工装置・アプリケーションのエンジニアとして41年目を迎えた。手掛けた光源はCO2(軸流/高速軸流/横方向励起)、固体Nd:YAG、Nd:YLFの基本/第2/第3/第4高調波、ディスクのマルチkWとピコ秒パルス、ファイバーの連続/パルスの中高出力など多様。装置はスクライバー、カッター、マーカー、リペアー、ウエルダーなどマイクロからマクロ加工の領域におよぶ。アプリケーションも半導体、薄型テレビ、太陽電池、自動車、重工など多岐に渡る。

 現在はベンチャー企業トヨコーで社会インフラクリーニングの光源開発プロジェクトを率いる。これまでの経験を踏まえ、事業化の成功や失敗の事例を紹介し、インターフェース指向のエンジニアリングが成功の鍵であることをひも解き、そのためにプロジェクトリーダーの存在が欠かせないことを深読みする。