建築材料におけるレーザー技術の応用

レーザーは高エネルギーと材料への作用により加工効果を発揮し、金属材料への応用が最も容易であり、市場においても最も成熟した開発と応用が進んでいます。主な対象は、鉄板、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム合金などです。鉄板や炭素鋼は、自動車、建設機械部品、輸送用パイプなどの金属フレーム部品として多く使用され、高出力の切断や溶接が必要です。一方、ステンレス鋼は浴室、台所用品、切削工具などに広く使用されており、厚みに対する要求は高くないため、中出力レーザーで十分対応できます。

中国の住宅や各種インフラプロジェクトは急速に発展しており、大量の建築資材が使用されています。例えば、中国は世界のセメントの半分を消費し、鉄鋼の消費量も世界一です。建築資材は中国経済の基幹産業の一つと言えるでしょう。建築資材は多くの加工を必要とするため、建築資材におけるレーザー技術はどのような用途に使えるのでしょうか。現在、建物の基礎や構造の鉄筋や梁には主に油圧式せん断機やグラインダーが使用されています。一方、レーザーは現在、パイプやドア、窓などに多く使用されています。

水道管、ガス/天然ガス管、下水管、フェンス管、亜鉛メッキ鋼管、ステンレス鋼管などに使用される金属パイプライン建材のレーザー加工。建設業界ではパイプの強度と美観が求められるようになり、パイプ切断の要求も高まっています。一般的に、工場で成形されるパイプの長さは10メートル、あるいは20メートルにもなります。それを各生活の場に降ろした後、さまざまな用途のシナリオに対応するため、さまざまな業界のニーズを満たすために、さまざまな形状とサイズの部品に加工する必要があります。

レーザーパイプ切断技術は急速にパイプ業界に浸透し、あらゆる種類の金属パイプの切断に非常に適しており、高度な自動化、高効率、高歩留まりという特徴を備えています。建築材料の金属管の厚さは一般的に3mm未満であり、1000ワットのレーザー出力で切断に十分であり、3000ワット以上の出力を使用すれば高速切断が可能です。従来、研削砥石カッターでステンレス鋼管1本を切断するのに約20秒かかっていましたが、レーザー切断ではわずか2秒で済み、効率が大幅に向上しました。そのため、過去4〜5年の間に、レーザー切断装置は多くの従来の機械式ナイフ切断に取って代わりました。

パイプレーザー切断プロセスの登場により、従来の鋸引き、パンチング、穴あけなどの工程を1台の機械で自動的に完了させることが可能になり、パイプの切断、穴あけ、輪郭切断、パターン文字切断ができるようになりました。パイプレーザー切断プロセスでは、必要な仕様をコンピュータに入力するだけで、装置が自動的に、迅速かつ高効率で切断作業を完了できます。自動送り、クランプ、回転、溝切断が可能で、丸パイプ、角パイプ、平パイプなどに適しています。レーザー切断は、パイプ切断のほぼすべての要件を満たし、効率的な加工モードを実現します。

ドアと窓は中国の不動産建設業界の重要な部分であり、すべての家にはドアと窓が必要です。ドアと窓業界の需要が非常に大きいため、ドアと窓の生産コストは年々増加しており、人々はドアと窓製品の加工効率と品質に対してもより高い要求をしています。ドアと窓、防犯ネット、手すりなどには大量のステンレス鋼が使用されており、主に厚さ2mm以下の鋼板と丸タンクです。開口部の端では、レーザー技術によりステンレス鋼板と丸タンクの高品質の切断、くり抜き、パターン切断が可能です。今日では、ハンドヘルドレーザー溶接が非常に便利です。ドアと窓の金属部品のシームレス溶接に使用されます。スポット溶接のように隙間やはんだ接合部が現れることはなくなり、ドアと窓の全体的な性能が向上し、より美しくなります。

ドアや窓、防犯ネット、ガードレールなどの年間消費量は非常に多く、小型・中型レーザー出力を使用すれば切断や溶接が可能です。しかし、これらの製品のほとんどは住宅のサイズに合わせてカスタマイズされ、小規模なドア・窓設置店や内装会社が請け負うため、主流は依然として従来型の研削切断、アーク溶接、火炎溶接などです。レーザー加工が従来技術に取って代わる余地は非常に大きいと言えます。

非金属建築材料のレーザー加工の可能性：非金属建築材料、主にセラミック、石、ガラスは、主に研削砥石や機械式ナイフで加工され、完全に手作業と手動位置決めに依存しており、切断時に大量の粉塵や破片、騒音が発生し、人体に重大な害を及ぼす可能性があるため、現在では若い世代でこの作業を行う人はますます少なくなっています。これら3種類の建築材料は崩壊や破損の可能性があり、ガラスのレーザー加工は既に開発されており、ガラスの組成はケイ酸塩、石英であり、レーザービームと反応しやすく切断効果が得られるため、ガラス加工については多くの議論がなされています。一方、セラミックと石については、現在レーザー切断はほとんど検討されておらず、さらなる研究が必要です。適切な周波数帯と適切な出力のレーザーを見つけることで、セラミックと石も切断を試みることができ、粉塵が少なく、騒音のない切断を実現できます。将来、国内企業がこの分野での突破を試みることを期待しています。

レーザー加工現場の探究：住宅建設現場や高速道路、橋梁、線路などのインフラプロジェクトでは、多くの資材を建設現場に敷設する必要があります。レーザー加工機によるワークピースの加工は、多くの場合、作業場内で行われ、その後、加工物を二次的な適用場所に搬送する必要があります。したがって、レーザー加工機を応用現場でリアルタイムに加工する方法を探ることは、将来のレーザー開発における重要な方向性となる可能性があります。