レーザ光が加工物の表面に熱を与えることで、素材を融解、燃焼させ、溝を掘ります。
レーザ彫刻機の応用は広く、プロダクトデザイン、工芸、広告、装飾、建築、医療などの分野で使用されています。
特に、3Dプリンターと組み合わせることで、立体物の加工もできます。
今回の記事では、レーザ彫刻機とはどのようなものか、その種類と選び方、おすすめのメーカー5社をご紹介します。
目次
5種類のレーザ彫刻機
種類によって彫刻に適している素材が異なるので、貴社が加工したい素材にあわせてレーザ彫刻機の種類を選ぶことが重要です。
- CO2レーザ彫刻機
- ファイバーレーザ彫刻機
- YAGレーザ彫刻機
- 超短パルスレーザ彫刻機
- UVレーザ彫刻機
CO2レーザ彫刻機
CO2レーザ彫刻機は、基本波長（1064nm）のレーザを発振し、10.6μmと9.6μmの2つの波長を中心に、9.2-10.8μm程度の長い波長の赤外光を発生させることができます。エネルギー効率が良く、高出力で加工できることが特徴で、透明な素材や金属など多くの素材に対応できます。
CO2レーザ彫刻機の強みは、以下のような点が挙げられます。
- 対応できる素材が幅広く、細かい加工も可能
- 購入時の価格が比較的安価であり、ランニングコストも低い
- マイクロ流体デバイスや印字などにも最適
一方で、光を反射する素材（アルミニウムなど）に対しては効果が低かったり熱伝導率の高い素材（金属や木材など）に対しては熱伝導率低下や表面処理不足などの問題が発生することがあるので、注意が必要です。
CO2レーザは、高出力・高品質・高速度なパルス発振式のレーザで、金属やプラスチックなどの硬い素材にも対応で、特に半導体製造や医療機器などの分野で広く利用されています。
ファイバーレーザ彫刻機
ファイバーレーザ彫刻機は、光ファイバー通信技術を応用したアクティブファイバーと呼ばれる共振媒体によってレーザ光を増幅し、ビームスポットが非常に小さくなります。ファイバーレーザ彫刻機のメリットは以下の通りです。
- ビーム品質が優れている
- 構造的に小型軽量化が可能なため製造現場に設置しやすい
- エネルギー効率が高い
- ビームスポットが小さく、大きな加工対象や重い材料でも加工が可能
このレーザ彫刻機は、切断加工や印字、マーキング、溶接などの産業用途に広く使用されています。
通常のレーザ加工機より省エネであり、長寿命でメンテナンスも楽です。
ファイバーレーザは紙や布などの柔らかい素材にも対応できるため、写真や絵画などのデザイン加工や印刷で使用されることが多いです。
YAGレーザ彫刻機
YAGレーザ彫刻機は、 YAG（Yttrium Aluminum Garnet）という結晶体を発振媒体として使用するレーザ彫刻機 です。YAGレーザは、波長1064nmの近赤外線レーザであり、高い出力と優れた熱伝導率を有しています。
このため、金属やガラスなどの硬質な素材から、木材や布などの柔らかい素材まで、幅広い素材への彫刻が可能となっています。
YAGレーザ彫刻機の強みは、以下のとおりです。
- 他のレーザに比べて出力が高く、厚みのある素材や硬質な素材への彫刻も可能
- 熱伝導率が高く、彫刻後の素材の歪みや焼け付きが少なく、高精度の彫刻が可能
YAGレーザは金属、ガラス、木材、布、プラスチックなど、幅広い素材への彫刻に対応しています。
特に、医療機器や自動車部品などの分野で利用されています。
超短パルスレーザ彫刻機
超短パルスレーザ彫刻機は、パルス幅が数百ピコ秒から数ナノ秒のレーザ光を用いたレーザ彫刻機です。このレーザ彫刻機はエネルギー密度が高く、瞬間的に高温を発生させることができます。
そのため、従来のレーザ彫刻機では困難であった、金属やガラスなどの硬質な素材への彫刻や、微細な彫刻が可能となっています。
超短パルスレーザ彫刻機の強みは、以下のとおりです。
- 瞬間的に高温を発生させるため、金属やガラスなどの硬質な素材への彫刻が可能
- パルス幅が短いため、微細な彫刻が可能
- 加工後の素材へのダメージが少ない（加工痕が少ない）
超短パルスレーザは、非常に高出力・高品質・高速度なパルス発振式のレーザで、金属やプラスチックなどの硬い素材にも対応可能です。主に半導体製造や医療機器などの分野で広く利用されています。
UVレーザ彫刻機
UVレーザ彫刻機は、波長が380〜400nmの紫外線レーザを用いたレーザ彫刻機です。紫外線レーザは、可視光線よりも短い波長を有しており、高いエネルギー密度を有しています。
このため、従来のレーザ彫刻機では困難であった、プラスチックや木材などの非金属素材への彫刻や、微細な彫刻が可能となっています。
UVレーザ彫刻機の強みは、以下のとおりです。
- プラスチックや木材などの非金属素材への彫刻が可能
- 波長が短いため、微細な彫刻が可能
- プラスチックや木材などの素材の色を変化させることで、色の表現が可能
UVレーザは、紙や布などの柔らかい素材にも対応できますが、金属などの硬い素材にはあまり向いていません。
写真や絵画などのデザイン加工や印刷に適しています。
レーザ彫刻機を活用するメリットとデメリット
レーザ彫刻機と同じように精密なマーキングやカットを可能にする機械はいくつかありますが、ウォータージェットカッターやプラズマカッターなどと比べると、レーザ彫刻機にはメリットとデメリットがいくつか存在します。
ここでは、それぞれのメリットとデメリットを比較します。
レーザ彫刻機を活用するメリット
レーザ彫刻機は、他の彫刻機と比べて以下のメリットがあります。- 非接触で加工できること
- 細かい刻印ができること
- 複数の加工物を処理できること
非接触で加工できること
レーザ彫刻機は非接触で加工が可能です。そのため、以下のようなメリットを享受できます。
- 微細なディテールを正確に彫刻できるため、精度と品質が高い
- 脆いまたは柔らかい素材の損傷や変形のリスクが低い
- 切削工具の交換や調整が不要で複雑な形状や細かいデザインの実現が可能
特に精密工業での小さな部品製造、アート作品や装飾品の製作、木工業での繊細なデザイン彫刻、ガラス製品の精密加工、革製品のパターン彫刻など、多岐にわたる業種や素材で活躍します。
細かい刻印ができること
レーザ彫刻機は他の彫刻機と比べて細かい刻印が可能です。そのため、特に木材、プラスチック、金属、ガラス、皮などで精密な加工を再現性高く実現できます。
レーザ彫刻機は特に以下の分野で力を発揮します。
- ジュエリー業界：細かいデザインやブランド名、シリアルナンバーの彫刻
- 電子部品製造：小型の部品に対する識別情報や技術的なディテールの彫刻
- プロモーションアイテム製造：ロゴや細かいメッセージの彫刻が求められる小物やギフトアイテム
- アートとデザイン：細かいアートワークや複雑なデザインの彫刻
- 医療機器製造：機器や器具に対する識別コードや使用上の指示の彫刻
複数の加工物を処理できること
レーザ彫刻機は一度に複数の加工物をマーキングできるため加工効率が非常に高く、一貫した生産制度を保ちながら時間と工数を大幅に削減できます。ウォータージェット加工機などであれば、一度の加工に一つの対象物しか加工できず、レーザ彫刻機のような高効率は実現できません。
他の彫刻機とは違い、レーザ彫刻機であれば大量生産やカスタマイズされた製品のバッチ生産（名前入りギフトなど）、シリアルナンバーや識別マーキングの刻印も可能です。
レーザ彫刻機を活用するデメリット
一方で、レーザ彫刻機には以下のようなデメリットもあるため、注意が必要です。- 厚い素材の加工が難しいこと
- 反射率の高い素材には不向きであること
厚い素材は加工が難しいこと
レーザ彫刻機は厚い素材の加工が苦手です。レーザの特性上、出力を挙げすぎると素材を傷めてしまうリスクがあるため出力を一定以上に上げづらい他、レーザ照射による加工範囲が狭いことが要因です。
このため、レーザ彫刻機で加工できる素材はどうしても限られてしまったり、加工の深さが限られてしまいます。
例えば、厚い金属や木材、プラスチックやアクリルなどの素材では、それぞれ以下の厚さまでの加工が適していて、これ以上厚い場合は設計通りに加工できない可能性があります。
- 金属：1mmを超えた場合
- 木材：6mmを超えた場合
- プラスチック：5mmを超えた場合
- アクリル：10mmを超えた場合
反射率の高い素材には不向きであること
レーザ彫刻機が素材を加工する際、レーザが素材に吸収されることで素材が加工されます。反射率が高い素材の場合、レーザが吸収されるのではなく反射されてしまうため、素材の加工が難しくなります。
反射率が高い素材を加工する場合、レーザが操作者や周囲の人々に向かって反射されてしまうリスクがある他、加工できたとしてもその品質は下がる可能性が高いです。
反射率の高い素材として、以下のものが挙げられます。
- 鏡面仕上げの金属
- 一部のプラスチック
逆に、マットな表面や暗色の素材はレーザ彫刻機での加工に適しています。
ここまで、他の彫刻機と比べてレーザ彫刻機を使用するメリットとデメリットを解説しました。
次のセクションでは、貴社に最適なレーザ彫刻機の選び方を解説します。
貴社の工場や扱う素材に適したレーザ彫刻機をお探しの方は、ぜひ次のセクションに読み進めてください。
最適なレーザ彫刻機を選ぶ上で比較すべき5つの項目
貴社に最適なレーザ彫刻機を選ぶには、以下の5つの項目を比較・検討する必要があります。
- 加工する素材
- レーザ出力
- レーザ波長
- レンズ焦点距離
- スキャン速度
加工する素材
レーザ彫刻機の種類によって得意としている素材が異なります。そのため、まずは貴社で加工したい素材を確認する必要があります。
素材に対して相性の良い彫刻機を選択しないと、思わぬ事故が起きたり加工精度が下がったりする可能性があります。
各レーザ彫刻機は、それぞれ以下の素材の加工を得意としています。
貴社で加工する素材と照らし合わせて、最も適している種類をピックアップしておくことがおすすめです。
| 適している素材 | 適していない素材 | |
|---|---|---|
| CO2レーザ 彫刻機 |
木材、アクリル、ガラス | 金属、PVC、鏡 |
| ファイバーレーザ 彫刻機 |
金属、プラスチック、アノダイズドアルミニウム | 木材、ガラス、レザー |
| YAGレーザ ー彫刻機 |
金属、セラミックス、硬質プラスチック | 軟質プラスチック（弾性率が70MPa以下） 木材、ファブリック |
| 超短パルスレーザ 彫刻機 |
マイクロチップ、細かい金属部品、ガラス | 厚い金属板、柔らかいゴム、木材 |
| UVレーザ 彫刻機 |
プラスチック、ガラス、セラミックス | 金属、木材、柔らかいゴム |
レーザ出力
レーザ彫刻機のレーザ出力を調整することで、以下の点が変動します。- 彫刻や切断のスピード
- 彫刻や切断の精度
- 素材へのダメージ
- レーザ光の拡散
レーザ出力が上がると加工の速度や精度が上がるので、効率的に的確な加工を実施できます。
一方で、出力が上がると加工する素材が傷みやすくなったりエネルギー密度が落ちることで加工精度が落ちたりします。
逆に、レーザ出力が低いと加工速度や精度は落ちてしまいますが、素材へのダメージが少なく済んだりエネルギー密度の低下を防げたりするというメリットもあります。
素材や必要な加工に対して、適切な出力調整ができるレーザ彫刻機を選択することがおすすめです。
レーザ波長
レーザ彫刻機のレーザ波長が変動することで、以下の点が変動します。- レーザ光のエネルギー密度
- 素材への浸透率
- 色の表現
レーザの波長が長いと素材へのレーザ浸透率が高くなり、より深い加工ができるようになります。
また、様々な色の加工ができるようになります。
一方で、レーザの波長が長いとエネルギー密度が低く、厚みのある素材の加工が難しくなるので注意が必要です。
逆に、波長が短いとレーザのエネルギー密度が高くなり、厚みがある素材への加工が可能になります。
一方で、素材へのレーザ浸透率低下や色の表現が難しくなるので、特に繊細な色を活用した加工が必要な場合は注意が必要です。
レンズ焦点距離
レンズの焦点距離が変動すると、以下の要素が変動します。- レーザ光の集光度
- 彫刻や切断の精度
- 彫刻や切断のスピード
レーザの焦点距離が遠いとレーザ光の集光度が上がるため、彫刻や切断の精度が上がります。
一方で、加工速度が落ちたりレーザ光の拡散が発生しやすいので、注意が必要です。
逆にレーザの焦点距離が短いとレーザ光の集光度が低下します。
加工精度は落ちますが、その分加工速度が上がったりレーザ光の拡散が起きづらくなるメリットがあります。
加工精度とか高速度のどちらを優先させるか決めてからレーザ彫刻機の選定をすることがおすすめです。
スキャン速度
レーザ彫刻機のスキャン速度によって、以下の要素が変動します。- 彫刻や切断のスピード
- レーザ光の熱影響
- 加工精度
レーザ加工の速度を上げると、代償として素材が受けるレーザの熱影響が上がります。
また、加工精度も落ちてしまうので、注意が必要です。
一方でレーザ加工の速度が落ちると、熱影響範囲が小さくなり、加工対象が傷みづらくなる他、加工精度も上がります。
ただし、加工効率は落ちてしまうので、速度を優先させたい場合は一定の精度低下を認識しておく必要があります。
ここまで、レーザ彫刻機を選ぶ際に比較すべき5つの項目を解説しました。
次のセクションでは、具体的におすすめのメーカーをご紹介します。
レーザ彫刻機を製造するおすすめのメーカー5社
レーザ彫刻機を製造するメーカーは何社もありますが、その中でもおすすめなメーカーは以下の通りです。
| CO2レーザ彫刻機 | ファイバーレーザ彫刻機 | YAGレーザ彫刻機 | 超短パルスレーザ彫刻機 | UVレーザ彫刻機 | |
|---|---|---|---|---|---|
| ユニバーサル レーザシステムズ |
◯ | ◯ | – | – | – |
| xtools | ◯ | – | – | – | – |
| Coherent | ◯ | ◯ | – | – | ◯ |
| TRUMPF | ◯ | ◯ | – | ◯ | – |
| 芝浦エレテック | – | ◯ | ◯ | – | – |
ユニバーサルレーザシステムズ
株式会社ユニバーサルレーザシステムズは、アメリカ合衆国アリゾナ州に本社を置く、工作機械メーカーです。1988年に創業し、世界に先駆けてX-Yプリンタ/プロッタータイプレーザ加工機を開発しました。
現在では、彫刻・マーキング・切断を一台で可能にできるレーザ加工機のジャンルを確立したパイオニアです。
同社は、特に以下の種類のレーザ彫刻機を製造しています。
- CO2レーザ彫刻機
- ファイバレーザ彫刻機
クラフト業界だけでなく、自動車、航空宇宙、電気電子、医療機器などのハイテク産業分野にも最適なレーザ加工機を提供しています。
Coherent
Coherent社は、1966年にカリフォルニア州で設立されたグローバル企業です。同社は、CO₂レーザとファイバーレーザとLD励起個体レーザと半導体レーザの4種類のレーザ光源を提供しています。
CO₂レーザは、金属やプラスチックや有機物などの切断や溶接や表面処理などに適した出力/サイズ比をを備えたコンパクトなパルス発振式のレーザです。
ファイバーレーザは、高出力・高品質・高速度・低消費電力などの特徴を持つ高性能なパルス発振式のレーザです。
LD励起個体レーザは、低出力・低消費電力・低コストなどの特徴を持つ小型化されたパルス発振式のレーザです。
半導体レーザは、半導体製造プロセスにおける微細加工や薄膜形成などに適した高出力・高品質・高速度なパルス発振式のレーザです。
同社は、医療分野や半導体分野など、さまざまな業界でレーザ彫刻機を提供しています。
xtool
xToolは2012年に設立されたメーカーです。同社はもともとSTEAM教育に特化したMakeblockという会社で、2020年末にMakeblockはレーザマシンビジネスに転向し、xToolブランドと最初の製品xTool D1が2021年に発売されました。xToolは主にCO2レーザ彫刻機を製造しています。
具体的には、55Wの出力を持つデスクトップCO2レーザカッターであるxTool P2などがあります。
また、xTool S1というダイオードレーザカッター、xTool F1という携帯可能なレーザ彫刻機、そしてxTool M1というダイオードレーザとビニールカッターを組み合わせたホームクラフティングマシンも製造しています。
同社の製品は、小規模ビジネス、趣味やDIY愛好家、教育関係者など、幅広いユーザーに対応しています。
また、レーザ彫刻機は、木材、アクリル、レザーなど様々な素材の加工に使用されており、個人のクリエイティブなプロジェクトから小規模なビジネス用途、教育現場での利用まで多岐にわたります。
TRUMPF
TRUMPF社は1923年に設立された、電子機器の世界的リーディングカンパニーです。工作機械、レーザ技術、工業用電子機に強みを持つ中、レーザ彫刻機の製造も行っています。同社が扱うレーザ彫刻機の種類は以下の3つです。
- CO2レーザ彫刻機
- ファイバーレーザ彫刻機
- 超短パルスレーザ彫刻機
同社の技術は幅広い業界で活躍していますが、特に自動車産業、航空宇宙、電子機器製造など、幅広い分野で活用されています。
芝浦エレテック
芝浦エレテック株式会社は1972年に設立された会社で、半導体製造やフラットパネルディスプレイ製造装置などを製造しています。同社が扱うレーザ彫刻機の種類は以下の3つです。
- ファイバーレーザ彫刻機
- YAGレーザ彫刻機
特に半導体業界を含む高精度が求められる製造業界で活躍しています。
