そのため、現在レーザーカッターが注目されています。レーザーカッターは非接触で材質を加工するため、繊細な商品にも対応できます。また、レーザーの種類や強さによって、硬い材質も加工が可能です。
この記事ではレーザーカッターの基礎知識から選定時のコツまで解説します。加工技術について悩んでいる方は解決のヒントになるので、ぜひ最後まで読んでください。
目次
5種類のレーザーカッターと特徴
主なレーザーカッターの種類は以下の5種類です。
- CO2レーザーカッター
- YAGレーザーカッター
- ファイバーレーザーカッター
- ディスクレーザーカッター
- 半導体レーザーカッター
それぞれの特徴を解説します。
CO2レーザーカッター
CO2レーザーカッターは、炭酸ガスを利用したレーザー光源を使用する切断機です。このタイプのレーザーは、主に波長が約10.6マイクロメートルの赤外線領域で発振します。多様な材料を精密にカットする能力があり、特に非金属材料の加工に最適です。工業用途だけでなく、広告、デザイン、教育など多岐にわたる分野で活用されています。
CO2レーザーカッターの強みは以下の通りです。
- プラスチック、木材、ガラス、アクリル、紙、布など、多様な非金属材料を精密にカット可能
- レーザーカットは非接触加工であるため、材料の変形や破損が少なく、非常にきれいで精密なカットが可能
- 従来の機械加工に比べて加工スピードが速く、大量生産にも対応可能
CO2レーザーカッターの特性を最大限活かせるワークの例を紹介します。
- 看板およびディスプレイの製作：アクリルや木材を使用した看板やディスプレイの製作に最適で複雑なロゴや細かい文字も精密にカット可能
- 服飾アイテムのカットおよびエッチング：布や革製品に細かいデザインやパターンを入れる際に、高い精度で均一に加工可能
- 教育用キットや模型の製作：教育目的で使用される木製やプラスチック製のキットや模型の部品を製作する場合に高い精度と効率で作業可能
YAGレーザーカッター
YAGレーザーカッターは、ネオジムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Nd:YAG）結晶をレーザー媒質として使用可能です。これは固体レーザーの一種で、主に波長が1064ナノメートルの近赤外線を発振します。
高いピーク出力と良好なビーム品質を持ち、金属材料を中心に幅広い材料の切断や溶接に最適です。
また、パルス運転が可能で、細かい加工が必要な場面でも使用されます。
YAGレーザーカッターの強みは以下の通りです。
- 高いピーク出力を持ち、エネルギー密度が非常に高いため、硬質の材料や厚い金属も効率良くカット可能
- パルスモードでの運転が可能で、細かい加工が求められる部品や微細なデザインの実現できる
- 比較的消耗が少なく、メンテナンスも容易であるため、運用コストが低く抑えられる
YAGレーザーカッターの特性を最大限活かせるワークの例を紹介します。
- 金属部品の精密カット：自動車や航空機の部品など、高い精度と強度が求められる金属部品のカットに最適
- 装飾品やアクセサリーの製作：細かく複雑なデザインもクリアに表現可能で、ジュエリーや装飾品の細かいパターンや文字を刻める
- 医療器具の製造：サージカルツールなどの医療器具に必要な高精度なカットやマーキングに使用されることが多い
ファイバーレーザーカッター
ファイバーレーザーカッターは、ファイバー光源を使用してレーザービームを生成する装置です。このレーザー源は、希土類元素（例えば、イットリウム）がドープされた光ファイバーを利用しています。
発振される波長は約1.06マイクロメートルで、特に金属材料の切断やマーキングに優れた性能を発揮します。
エネルギー効率が高く、設置面積も小さいため、広い範囲の産業に利用可能です。
ファイバーレーザーカッターの強みは以下の通りです。
- エネルギー変換効率が高く、消費電力が少ない
- ビームの品質が高く、焦点が非常に細かいため、精密なカットが可能
- 高速で加工ができるため、生産効率を大幅に向上できる
- メカニカルな動きが少なく、光源の寿命が非常に長いため、長期間にわたって安定した運用が可能
ファイバーレーザーカッターの特性を最大限活かせるワークの例を紹介します。
- 厚手の金属板の切断：自動車産業や造船業など、高いエネルギー密度が求められるステンレススチールやアルミニウムなどの切断に活用
- 精密部品の製造：電子機器や医療機器など、精密な寸法精度が求められる部品の製造にファイバーレーザーカッターが用いられる
- 複雑なパターンの切断やマーキング：航空宇宙産業など、機能的なマーキングが必要な工業製品にファイバーレーザーが使用されることがある
ディスクレーザーカッター
ディスクレーザーカッターは、薄い結晶ディスクを利用したレーザー光源を特徴としています。このディスクは、通常、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（YAG）などの材質に希土類元素をドープしたもので、ディスクの形状が効率的な熱の放散を促し、連続運転での高出力が可能です。
一般的には、波長は約1.03ミクロンで、高品質のビームを提供し、特に金属加工で優れた性能を発揮します。
ディスクレーザーカッターの強みは以下の通りです。
- 熱管理が優れているため、高出力での長時間運転でもレーザー性能の安定を保つため、連続した産業用途が可能
- 非常に均一でクリーンなビームプロファイルを提供し、精密加工における高品質な作業が可能
- 細かいディテールの加工が可能で、製品の品質を一貫して維持する
- ビームの調整が容易で、様々な材料に対して最適な加工条件を設定できる
ディスクレーザーカッターの特性を最大限活かせるワークの例を紹介します。
- 自動車部品の加工：エンジン部品や車体の金属フレームなど、高い強度と精度が求められる部品の製造にディスクレーザーカッターが利用される
- 航空宇宙部品の製造：部品の精密な加工や複雑な形状の実現に役立つ
- 医療機器の精密加工：サージカルインストゥルメントやインプラントなど、非常に細かい部品や精密なカットが必要な場合
半導体レーザーカッター
半導体レーザーカッターは、半導体材料をレーザー媒質として使用するレーザーシステムです。これはダイオードレーザーとも呼ばれ、電気を直接レーザー光に変換します。
波長は通常800から980ナノメートルの範囲で、このタイプのレーザーは小型でエネルギー効率が良いため、ポータブルまたは小型の加工機器に最適です。
主に軽量な金属やプラスチック、布などの非金属材料の切断やマーキングに使用されます。
半導体レーザーカッターの強みは以下の通りです。
- 非常にコンパクトで、設置が容易であり、スペースの限られた環境や移動が必要なアプリケーションに最適
- 電気を直接光に変換する効率が良く、低い消費電力で高い出力を得られる
- 非常に応答性が高く、パルス動作において細かい調整が可能
半導体レーザーカッターの特性を最大限活かせるワークの例を紹介します。
- 電子部品のマーキング：電子コンポーネントや基板への読み取りやすいコードやシリアルナンバーを加工
- 医療用ポリマーの切断：医療機器の製造において使われるポリマー材料の切断に最適
- 衣類や布製品の加工：布材のカットやパターンの刻印に利用される
レーザーカッターを活用するメリット
レーザーカッターを利用するメリットは以下の3点です。
- 高い精度と細かいディテールの実現
- 多様な材料への適応性
- 素材へのダメージが少ない
それぞれのメリットを活かせる場面で活用すると良いでしょう。
高い精度と細かいディテールの実現
レーザーカッターは非常に狭い焦点を持つレーザービームを使用するため、細い切断線が可能で、精度が高いカットを実現します。このビームはコンピュータ制御により正確に導かれ、複雑な形状や極細のディテールも綺麗に加工できます。
これにより、材料の無駄が少なく、加工後の仕上がりが非常にクリーンです。
このメリットが活きる場面は以下の通りです。
- 電子部品に対して、超精密なカットが求められる場面
- 医療機器の製造で、非常に高い精度と一貫性が求められる場面
- 複雑なデザインや細かいディテールが特徴のアート作品や装飾品の製作を制作する場面
多様な材料への適応性
レーザーカッターは、そのビームの調整により、金属、プラスチック、木材、布、ガラス、紙、アクリルなど幅広い材料に対応できます。ビームのパワー、スピード、焦点の深さを調整することで、異なる材料特性に合わせて最適なカットが可能です。
これにより、一つのマシンで複数の材料を加工可能で、製品の多様化に対応しやすくなります。
このメリットが活きる場面は以下の通りです。
- 新しい製品の開発で、異なる材料を使った試作品を迅速に作成する必要がある場面
- 様々な材料を使った看板や装飾品を製造する場面
- 衣料品やアクセサリーの製作で、様々なテキスタイルを正確にカットする場面
素材へのダメージが少ない
レーザーカッターは非接触式の加工方法であり、物理的な刃を用いることなくレーザービームを材料に当てるだけで加工が行えます。このため、材料に対する圧力がほとんどなく、材料の変形や割れ、擦れなどの物理的ダメージが発生しにくいです。
また、レーザー加工は非常に正確で、加工中に生じる熱影響ゾーン（HAZ）も非常に小さく抑えられます。
このメリットが活きる場面は以下の通りです。
- 電子部品の加工を高精度でダメージなく加工する場面
- 複雑なデザインやデリケートな材料を使ったアート作品や装飾品の製作で、素材を損傷することなく精密なカットが必要な場面
- 医療機器の製造のような高い精度と無菌状態が要求される場面
レーザーカッターを活用するデメリット
レーザーカッターには以下のデメリットもあります。
- 高い設備投資と運用コスト
- 材料による制限
- 熱による影響
デメリットを軽減する方法も合わせて解説するため、考慮した上で導入しましょう。
高い設備投資と運用コスト
レーザーカッターは高度な技術を用いた装置であり、その初期導入や運用には相応の費用が必要です。以下の項目について費用が求められます。
- 初期費用
- 高品質なレーザー発生器
- 精密な制御システム
- 専門的な安全設備
- 運用コスト
- エネルギー消費
- 定期的な保守・メンテナンス
- 消耗品の交換（例えばレンズやミラー）
- 操作に必要な専門技術者のトレーニング
これらのコストは、特に小規模な製造業者やスタートアップにとっては大きな負担となる可能性があります。
このデメリットを軽減する方法は以下の通りです。
- リースまたはレンタルオプションの利用
- 中古機器の購入
- 共同利用施設の活用
- 定期的なメンテナンスと適切な操作の実施
適切な導入や運用をすることで、費用を最小限に抑えられるでしょう。
材料による制限
レーザーカッターは非常に多様な材料に対応していますが、特定の材料には制約が存在します。例えば、以下のような材料の加工には適していません。- 高反射性の金属（銅やアルミニウムなど）
- 特定のプラスチック
- 厚い材料の切断
このデメリットを軽減する方法は以下の通りです。
- 適切なレーザータイプの選択
- パラメータの調整
- エアアシストの使用
- 専用の加工補助材の利用
- 安全と環境への配慮
レーザーカッターは種類によって適切な加工素材が異なります。
適切な機器選びと設定次第で様々な素材に対応可能です。
また、専用の補助素材の利用も検討すると良いでしょう。
熱による影響
レーザーカッターは、光エネルギーを材料に照射して加工するため、そのプロセスで発生する熱が周辺材料に影響を及ぼすことがあります。この熱影響ゾーン（HAZ）は、材料が焼けたり、その物理的または化学的性質が変化する点がリスクとなるでしょう。
特に、精密な部品や複雑な材料の加工において、この熱影響が品質低下の原因に繋がる恐れがあります。
このデメリットを軽減する方法は以下の通りです。
- レーザーパラメータの最適化
- エアアシストの利用
- 適切な材料選択
- 水冷システムの使用
- 間隔を空けて加工する
素材や加工に適したレーザーパラメータを設定することで、熱のリスクを避けられます。
とはいえ熱を排除することはできないため、補助装置の利用や適材適所の加工などで対策が必要です。
5つの比較基準 | レーザーカッターの選び方
レーザーカッターは以下5つの基準で選定するのがおすすめです。
- 加工する素材の種類
- 加工する素材の大きさ
- 加工する素材の厚み
- 設置場所の広さ
- 価格
適した機器の選定をすることで、レーザーカッターの効果を最大化しましょう。
加工する素材の種類
レーザーカッターは、材料を蒸発させるほどの高エネルギーを持つ光ビームを利用して、非常に細かい部分まで精密にカットできます。このプロセスは非接触で行われるため、材料の損傷が少ないのが特徴です。様々なタイプのレーザーカッターがあり、それぞれに適した素材が異なります。
各タイプのレーザーカッターと適したワーク素材は以下の通りです。
CO2レーザーカッター
- アクリル： クリーンなカットエッジが得られる
- 木材：細かいディテールのカッティングやエッチングに最適
YAGレーザーカッター
- 金属： 金属のマーキングや薄いシートのカットに最適
- セラミック：硬質のセラミックを精密加工するのに適している
ファイバーレーザーカッター
- 鋼板： 厚い鋼板のカットにも高い効率がある
- 銅： 高い反射率を持つ材料でも効率良く加工できる
ディスクレーザーカッター
- 金属シート： 高い精度とクリーンなカットが可能
- 高反射金属： 高反射材料の加工に最適
半導体レーザーカッター
- プラスチック： 細かいカットが可能
- 薄い金属： 高速で精密なカットが可能
材質や希望の加工に合わせたレーザーカッターを選択しましょう。
加工する素材の大きさ
加工する素材のサイズに基づいて最適なレーザーカッターを選ぶことは、効率と品質を最大化するために重要です。ここで挙げたレーザーカッターの種類ごとに、大きな素材と小さな素材に適したものを記載します。
まず大きな素材を加工するのに向いてるレーザーカッターは以下の2種類です。
CO2レーザーカッター
- 大きな作業エリアを提供するモデルが多く、大きなシートや板材を一度に加工できるため、大規模な素材に適している
- 木材、アクリル、布など多岐にわたる非金属材料の加工も可能で、大型の看板や家具、装飾品の製作にも最適
ファイバーレーザーカッター
- 特に金属の大量加工に優れており、大きな金属シートのカットに広く利用されている
- 高い切断速度とエネルギー効率の良さから、大規模な産業用途に適しているため、自動車産業や造船業での利用が見られる
次に、小さな素材を加工する際は以下の2種類が利用されます。
半導体レーザーカッター
- コンパクトな設計と高い精度で、小さな部品や精密なディテールの加工に最適
- 電子部品や精密機械部品の製造に用いられ、小規模な作業エリアでの効率的な加工可能
YAGレーザーカッター
- 精密加工に非常に適しており、特に小さな金属部品や宝石類のカットに使用される
- 高いピーク出力と良好なビーム品質が小規模ながら複雑なデザインの加工に適しているため、医療機器やジュエリー製造で活用される
レーザーカッターの物理的な作業スペースによっても決まるため、それぞれの商品ごとに適したサイズで加工しましょう。
加工する素材の厚み
レーザーカッターは、光の集中力を利用して材料を切断または彫刻します。このプロセスでは、レーザーの種類（CO2、YAG、ファイバー、ディスク、半導体）によって発生するエネルギーの強さ、焦点の狭さ、波長が異なります。こ れらの差異が、特定の材料の厚みや種類に対して異なる効果をもたらす要因です。厚みごとに適したレーザーカッターを紹介します。
まず、厚い素材を加工するのに向いてるレーザーカッターは以下の2種類です。
ファイバーレーザーカッター
- 高いカット速度と優れたエネルギー効率を持ち、特に金属の厚板加工に適している
- 強力なビームは、厚い鋼板やアルミニウムなどの材料を素早く、効率的に切断する能力がある
ディスクレーザーカッター
- 高い出力と優れたビーム品質を持ち、厚い金属材料の加工に最適
- 特に、航空宇宙産業で求められる厚手の合金材料の精密加工に用いられる
次に、薄い素材を加工する際は以下の2種類が利用されます。
CO2レーザーカッター
- 柔軟性に優れ、紙、布、薄いプラスチック、木材などの非金属材料に対して高い性能を発揮する
- 薄い材料に対しては精密なカットが可能で、熱影響ゾーンも小さく保てる
半導体レーザーカッター
- 小型で精密な加工が可能で、特に薄い金属シートや非常に細かいディテールが求められる電子部品の加工に適している
- レーザーの調整が容易で、微細な加工が求められる場合に役立つ
厚みの材質に対応できる＝薄い材質にも対応できる、というわけではありません。それぞれの厚みに適したレーザーカッターを選定しましょう。
設置場所の広さ
レーザーカッターを選択する際には、設置場所の大きさも重要な検討事項です。大規模な生産施設では広範な作業スペースが必要な大型機械を設置できます。
一方、小規模なショップや研究施設では、スペースの制約があるため、よりコンパクトな機械が適しています。
広い設置場所が必要なレーザーカッターは以下の2種類です。
CO2レーザーカッター
- 非常に大きな作業エリアを持つ機種が多く、広範囲な非金属材料を加工するために広いスペースが必要
- 特に、大きな板材やシートの連続加工を行う場合、大型の機械が求められる
ファイバーレーザーカッター
- 特に金属加工において大規模な製品を取り扱うため、大型であり強力なビーム出力を持つため、大きな設置スペースを要する
- 重工業での使用が一般的
狭い設置場所で十分なレーザーカッターには以下の2種類があります。
半導体レーザーカッター
- 非常にコンパクトな設計であり、小規模な部品や薄い材料の精密加工に適している
- 小型であり、限られたスペースでも効率的に運用可能
ディスクレーザーカッター
- 高いビーム品質と効率的な熱管理により、比較的コンパクトな設計でありながら高い性能を有する
- 小〜中規模の加工場に適しているため、スペースが限られている場所にも設置可能
工場全体のレイアウトにも影響するため、全体最適を考慮した選定をしましょう。
価格
レーザーカッターの価格は、機種のタイプ、サイズ、機能、そして使われる技術によって大きく異なります。たとえば、小規模な業務用CO2レーザーカッターは比較的安価です。
一方、大規模な産業用ファイバーレーザーカッターや高度なディスクレーザーカッターは非常に高価になることがあります。
目的や用途に対して適切な機械を選ぶ上で、必ずしも高額な機械である必要はありません。コストよりも、技術的な要件や適切な予算の使い方をすることの方が重要です。
高額であっても目的に合わないレーザーカッターを選んでしまうと、投資をしても必要な結果を得ることができません。投資予算を回収するにも必要以上に時間がかかってしまうため、予算よりも技術的な要件と使える予算を照らし合わせｒうことが重要です
レーザーカッターの選定では、導入の目的を満たす機器の中でコストを抑えられるものを選びましょう。
レーザーカッターを製造するおすすめのメーカー4社
レーザーマーカーを製造するおすすめのメーカーを以下の4社から紹介します。
- FLUX Japan（フラックスジャパン）
- トロテック
- 伯東
- TRUMPH（トランプ）
企業ごとに特徴があるため、導入目的と合致する企業を選ぶと良いでしょう。
FLUX Japan（フラックスジャパン）
FLUX Japan（フラックスジャパン）はアメリカに本社がある、3D関連製品やラベルプリンタを製造および販売している企業です。同社のレーザーカッターは以下の特徴を持ちます。
- 世界最小CO2レーザー加工機
- 内蔵カメラや使いやすいソフトウェアにより、初心者でも簡単に利用可能
- ヘッドの交換でレーザーの種類を変更できる製品も販売
様々なスペックの商品を取り扱っているため、幅広い材料やサイズの加工が見込まれる企業に適しています。
トロテック
トロテックは、トロダットグループの研究機関の一つとして1997年に設立されて以降、レーザー加工機の最先端技術を研究している企業です。同社のレーザーカッターは以下の特徴を持ちます。
- 入門機から業務用ハイエンド機、小型機から大型機まで様々な商品を取り揃える
- 看板・ディスプレイ向けレーザー技術を提供
- 自由度が高く最適化された加工を実現する
用途に合わせた選定サポートもあるため、導入目的を満たせる商品を一から探したい企業に適しています。
伯東
伯東は1953年に設立された技術商社と工業薬品メーカーの2つの顔を持つ企業です。同社のレーザーカッターは以下の特徴を持ちます。
- ニーズに合わせたレーザー加工システムを提供
- 4つのシステムをまとめたレーザー樹脂溶着システム
- 加工の種類や目的に合わせたレーザー加工機を提案
複数の機能を兼ね備えたオールインワンのレーザーカッターを求める企業に適しています。
TRUMPH（トランプ）
TRUMPH（トランプ）は、工業生産向けの工作機械とレーザーの分野においてマーケットリーダーの1社です。同社のレーザーカッターは以下の特徴を持ちます。
- 多様な用途に柔軟かつ低コストで使用できる
- 幅広い種類を取り揃え、お客様の導入目的に適した危機を提供
- レーザをソフトウェア、機械及びサービスとネットワークで結び、生産のデジタル化に貢献する
世界で認められた品質を低コストで活用したい企業に適しています。
