ファイバーレーザー切断機：1〜50mmの金属材料に最適

ファイバーレーザー切断の厚さ対応範囲（1～50mm）

ファイバーレーザー切断機は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属において、1～50mmの厚さ範囲で最適な性能を発揮します。高い精度と高速性により、この厚さ領域で清浄な切断を必要とする産業用途に最適です。

1～50mmの金属切断範囲：ファイバーレーザーが優れた性能を発揮する分野

ファイバーレーザーは、1mmから30mmの金属を加工する際に最高効率に達します。10mm未満では、これらのシステムは炭素鋼を25m/分の速度で±0.1mmの精度で切断します。中程度の厚さ（10～25mm）では、6kWの装置でも複雑な形状に対応しつつ、1.5～3m/分の速度を維持します。

レーザー出力（500W～40kW）が最大切断厚さに与える影響

より高いレーザー出力は、直接的により厚い切断能力と相関していますが、材料の種類も極めて重要な役割を果たします。

レーザー出力	炭素鋼	ステンレス鋼	アルミニウム
3KW	16mm	8mm	6mm
6Kw	25mm	16mm	14mm
12KW	40mm	30mm	25mm

40kWのファイバーレーザーは50mmの炭素鋼を切断可能ですが、酸素アシストガスを必要とし、速度は0.5m/分以下に低下します。

30mmを超える領域での限界：高出力ファイバーレーザーの実用的限界

技術的には30～50mmの切断が可能ですが、効率は急激に低下します。

• 25mm材料と比較して切断速度が60%低下します
• 切断面の品質はケースの85%で二次仕上げを必要とします（キリンレーザー2024）
• 35mmを超える厚さでは、プラズマ切断と比較してエネルギー消費量が3倍になります

50mmが限界値となるとき：材料および効率の制約

40kWのファイバーレーザーでさえ、50mmでは物理的な限界に直面します。

• 窒素パージシステムなしでは、ステンレス鋼は30mmが最大です。
• アルミニウムの熱伝導性により、切断可能厚さは25mmまでに制限されます。
• 黄銅および銅は反射率の高さから、ほとんど15mmを超える切断はできません。

これらの制約があるため、ファイバーレーザーは超厚板加工よりも精度を重視する工場に最も適しています。

ファイバーレーザー切断機に対応する金属材料

鋼材、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、黄銅の効率的な切断

ファイバーレーザー切断機は、標準的な工業用金属を加工する際に優れた結果を示します。0.5～30mmの厚さの炭素鋼板では、通常酸素を支援ガスとして使用し、きれいな切断面を得ることができます。しかしステンレス鋼の場合は異なります。0.1～20mmの板材は切断中に酸化しないように、酸素ではなく窒素を使用する必要があります。アルミニウム合金になると最大25mmの厚さまで可能ですが、より困難になります。これらの材料はレーザー光を非常に反射するため、最低6kW以上の出力と窒素ガスが必要です。さらに、銅や真鍮などの最大15mm厚の材料では状況がさらに複雑になります。これらの金属は自然に非常に反射性が高いため、最低6kW以上の超高出力レーザーと、後方反射防止装置と呼ばれる特別な設備が求められます。これらの対策を講じなければ、切断プロセスは正常に機能しません。

材質	最適な板厚	アシストガス	重要要件
炭素鋼	1–30mm	酸素	1–4kW 効率範囲
ステンレス鋼	1–20mm	窒素	切断面品質向上のための高ビーム品質
アルミニウム	1–25mm	窒素	反射率を相殺する6kWの電力
銅／真鍮	1–15mm	窒素	後方反射保護

炭素鋼、ステンレス鋼、および非鉄金属における性能比較

炭素鋼を加工する場合、1mmの薄板では最適な切断速度は約12〜18メートル/分の範囲です。しかし、30mmまでの厚板を扱う際には、オペレーターが送り速度を著しく低下させ、およそ0.3〜0.8メートル/分程度にする必要があります。ステンレス鋼はまったく異なる課題を呈します。標準的な5mm厚の場合、切断速度は一般的に2〜4メートル/分の間で維持され、多くの製造業者が望むような、ほぼ鏡面仕上げに近いきれいな切断面が得られます。アルミニウムは特に注意が必要で、溶融や変形といった問題を回避するため、通常の鋼材と比べて約30％ほど遅い切断速度を必要とします。非鉄金属である銅などでは状況はさらに興味深くなります。3mm厚の板材の場合、典型的な切断速度はわずか1.2メートル/分程度にとどまります。これは、これらの材料がフェローズ金属と比べてエネルギーを効率的に吸収できないためです。

銅および真鍮の反射性課題の克服

高度なファイバーレーザーは、パルス切断モードと保護ビームパスコーティングにより反射性を軽減します。3mmの銅材において、4kWモデルの65%に対して、8～12kWの高出力システムは92%のエネルギー吸収を達成し、反射リスクを40%低減します。作業者は真鍮加工時のバックリフレクションをさらに最小限に抑えるために、マット仕上げのシートと平行ビームを使用すべきです。

レーザー出力と切断効率：厚さに応じた性能のマッチング

高出力＝より厚い切断と高速加工：基本原理

ファイバーレーザー切断機の性能は、出力レベルと材料の板厚を適切にマッチングすることに大きく依存します。例えば、12mmの炭素鋼板を加工する場合、6kWの装置と3kWの装置を比較してみましょう。高出力のシステムは作業を約40％速く終了できるため、メーカーが厚板加工を行う際に設備をアップグレードする理由がここにあります。この基本的な原理は、他の種類の金属においても同様に適用されます。ワット数を高めると、特に10〜25mmの板材で顕著ですが、切断幅が約0.1mm狭くなりながらも速度をほとんど落とさずに済みます。この関係性を理解している工場ほど、プロジェクトでより良い結果を得て、時間の節約につながります。

薄板（1～10mm）と厚板（25～50mm）金属の最小必要出力

レーザー出力	有効厚さ	最適速度（m／分）
1～3kW	1～8mm	8–12
6～8kW	10～25mm	4–6
15～20kW	25～40mm	1.5–3

50mmのステンレス鋼の場合、20kWレーザーは15kWモデルに比べて切断速度が3倍以上速くなるが、35mmを超えるとプラズマ形成により切断面品質が低下する。薄板金属（1〜5mm）は熱歪みを避けるために少なくとも500Wが必要であり、25mmのアルミニウムはきれいな切断のために4kWを要する。

低〜中出力レーザー（1〜25mm）：一般的な用途向けの費用対効果の高いソリューション

中程度の3〜6kWシステムは自動車およびHVAC業界で主流であり、 18〜32米ドル/時間の運転コスト との間で精度を両立している。これらのレーザーは商業用板材加工の90%を処理可能で、1〜10mmの軟鋼において±0.05mmの公差を達成できる。薄肉材料での使用時、エネルギー効率は82〜89%とプラズマ切断機を35%上回る。

50mm切断に40kWは20kWより優れているのか？ 出力神話の検証

20kWから40kWのレーザーに切り替えても、50mmの炭素鋼を切断する速度は約4分の1程度しか向上しません。そのため、多くの工場ではわずかな性能向上のために追加の22万ドルを支払うことは難しいと感じています。そもそも35mm以下の材料を扱うほとんどのメーカーにとっては、標準的な20kWシステム以上の高出力装置は必要ないのが実情です。これらの装置は30mmのステンレスを約1.2メートル／分の速度で切断でき、高電力タイプのようにガスを大量に消費することなく、通常の生産ラインにとって十分なスピードを発揮します。一方、40mmを超える厚板の切断においては、最も強力なレーザーであってもその限界に達します。これは、そのような深さでの効率的な切断に必要なだけのアシストガスが供給しきれないためです。

材質および板厚別切断速度の最適化

ファイバーレーザー切断では、材質の特性や板厚に応じた正確な速度調整が不可欠です。最新のシステムでは動的なパラメータ調整により、さまざまな金属に対して生産性と切断品質の両立を実現しています。

炭素鋼：出力レベルごとの速度と板厚の関係

炭素鋼を加工する場合、2kWのレーザーは約8メートル／分の速度で5mmの材料を切断でき、きれいなエッジを出すことができます。より大きな6kWシステムは厚板にも対応し、20mmの鋼板を約1.2m／分で切断可能です。しかし、4kWから8kWにパワーを倍増させたときに興味深い現象が起こります。15mmの鋼板の場合、このパワーアップによって速度が向上するのは約40％程度にとどまります。これは、性能を制限する厄介な放熱問題が原因です。経験豊富なオペレーターの多くは、25mmを超える厚さの材料を扱う際には、可能な限り高速で切断することよりも、良い切断面品質を得ることを重視しています。そのため、後処理が非常に大変になるスラグ（溶融残留物）の付着を避けるために、時間はかかりますが、意図的に切断速度を25～30％ほど落とすことがよくあります。

ステンレス鋼：精度、切断面品質、生産性のバランス

窒素補助ガスを使用して0.8 m/minで10 mmのステンレス鋼を切断すると、酸化のないエッジが得られますが、酸素補助による炭素鋼の切断と比較して生産性は50%低下します。この材料は粘度が高いため、溶融プールの乱れによるキルフ幅の不均一を防ぐため、同等の炭素鋼厚さよりも15～20%速度を落とす必要があります。

アルミニウム：1～50mm範囲における速度傾向

アルミニウムは反射性や熱伝導の面で独特な課題を呈しており、そのため1 mm厚の材料における切断速度は約35%低下します。4 kWの出力レベルでは、炭素鋼と比較してわずか12メートル／分となります。より厚い材料では状況がさらに悪化します。20 mmのアルミニウム板を加工する場合、レーザーが金属の急速な熱拡散傾向に抵抗しなければならないため、切断速度は0.5 m/minまで落ち込むことがあります。これは同程度の厚さの軟鋼部品と比較して、実に300%も遅くなることを意味します。20 barを超える高圧窒素をアシストガスとして使用すれば、切断面のバリを低減できますが、処理中にガスのカバレッジが維持されるよう確保するため、オペレーターは全体的に機械を10～15%ほど遅く運転する必要があります。

なぜ工業用金属加工にファイバーレーザー切断機を選ぶべきなのか？

従来の方法に比べて優れた精度、速度、および汎用性

ファイバーレーザー切断機は、速度の面でプラズマやCO2システムを圧倒します。最大50mm厚の金属を切断する場合でも、約30～50％高速に処理できます。その秘密は、熱が周囲に広がりにくい集光ビームにあります。これらの装置は±0.05mmの精度を達成でき、複雑な形状でも非常にきれいな切断面を残します。そのため、切断後の後処理にかかる時間が短縮され、特にステンレス鋼やアルミニウム部品では大きなメリットがあります。ある試験では、ファイバーレーザーが10mmの炭素鋼をCO2システムの2倍の速度で加工しながら、切断幅を0.15mm以下に保っていることが示されています。また、複雑な形状にも対応できるため、自動車や航空機など高精度が求められる分野に最適です。

所有総コスト：エネルギー効率、メンテナンス、長期的な生産効率

現在、ファイバーレーザーはCO2レーザーが消費するエネルギーの約半分しか使用しないため、高稼働率で運転している工場では年間約12,000ドル以上の節約が可能です。これらのレーザーは固体構造を採用しており、光学部品の寿命が従来の装置と比べて大幅に長持ちします。これにより、古い機械式装置と比較して修理費が約70%削減されます。また、ガスノズルの交換やメンテナンスも不要なため、機械は中断なく連続運転が可能です。業界の報告によると、1mmから25mm厚の金属板を加工する中出力システムの多くは、従来のレーザー技術から切り替えた後、3〜5年以内に投資回収が見込まれます。

選定ガイド：500Wから40kWまで、生産ニーズに応じた最適な選択

1〜10ミリメートルの薄い素材を加工する場合、500ワットから3キロワットの範囲にあるレーザー装置は、運転コストを大幅に増加させることなく、一般的に最適な切断速度を実現します。一方、25〜50mm程度の厚みのある金属材を扱うには、産業用途では通常6kWから40kWの機械が必要です。しかし、20kWを超える出力にしても、すべての種類の金属合金において常に優れた結果が得られるとは限りません。例えば、10kWのレーザーは窒素ガスを補助的に使用することで、25mmのステンレス鋼を約毎分1.2メートルの速度で切断でき、なおかつ1時間あたりの電気代を15ドル以下に抑えることができます。現在、主要な装置メーカーのほとんどがモジュール性を念頭に設計を行っており、工場は設備全体を交換するのではなく、段階的に能力を拡張できるようになっています。このアプローチにより、加工工場は軽量ゲージ材での小規模な試作生産から始め、既存のインフラを完全に刷新することなく、将来的に本格的な厚板加工へとスケールアップすることが可能になります。

よくある質問

ファイバーレーザー切断に適した材料は何ですか？

ファイバーレーザー切断は、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、真鍮などの金属に効果的です。異なる金属には、正確な切断を保証するために特定のアシストガスとレーザー出力が必要です。

レーザー出力は切断可能な板厚にどのように影響しますか？

レーザー出力を高めることで、より厚い材料を切断できます。ただし、切断可能な厚さは材料の種類にも依存します。例えば、40kWのファイバーレーザーは炭素鋼を最大50mmまで切断可能ですが、専用のガス支援と速度の低下が必要です。

30mmを超える金属のファイバーレーザー切断における効率の制約は何ですか？

30mmを超えると切断速度が低下し、エネルギー消費が増加するため、効率が著しく低下します。エッジ品質を維持するためには、追加の仕上げ工程が必要となる場合があります。

ファイバーレーザー切断機を使用することによるコストメリットはありますか？

ファイバーレーザー切断機は、CO2レーザーと比較して高いエネルギー効率を実現し、メンテナンスコストを削減できます。また、処理速度が速く、よりきれいな切断が可能であるため、大量生産におけるコスト削減に貢献します。