建築材料におけるレーザー技術の応用

レーザーは高いエネルギーと材料への作用によって加工効果を発揮するため、金属材料への応用が最も容易であり、市場における開発と応用も最も成熟しています。主な材料は、一般的な鉄板、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求められます。一方、ステンレス鋼は浴室、台所用品、切削工具などに広く利用されており、厚さの要件はそれほど高くないため、中出力レーザーで十分対応できます。

中国の住宅建設や各種インフラ整備は急速に発展しており、多くの建設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、鉄鋼使用量も世界一です。建材は中国経済の柱となる産業の一つと言えるでしょう。建材には多くの加工が必要ですが、建材におけるレーザー技術はどのような応用が期待できるでしょうか？現在、建物の基礎や構造物の鉄筋には、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。現在、レーザーは配管やドア、窓などに多く使用されています。

水道管、ガス・天然ガス管、下水道管、フェンス管、金属亜鉛メッキ鋼管、ステンレス鋼管などに使用される金属パイプ建材パイプラインのレーザー加工。建設業界ではパイプの強度と美しさが求められるため、パイプ切断に対する要求も高まっています。一般的に、工場で製造されるパイプは元々10メートル、あるいは20メートルの長さになることもあります。様々な用途に使用され、様々な業界のニーズを満たすために、様々な形状や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参入し、あらゆる種類の金属パイプ切断に非常に適しており、高度な自動化、高効率、高収率という特徴を備えています。建材用金属管の厚さは通常3mm未満で、1000ワットのレーザー出力で切断でき、3000ワット以上の出力では高速切断を実現できます。従来、砥石カッターでステンレス鋼管を切断するには約20秒かかっていましたが、レーザー切断ではわずか2秒で切断できるため、効率が大幅に向上します。そのため、過去4～5年間で、レーザー切断装置は従来の機械式ナイフ切断に大きく取って代わりました。

パイプレーザー切断工程の登場により、従来の鋸引き、パンチング、ドリリングなどの工程を機械に集約し、パイプの切断、穴あけ、輪郭切断、パターン文字切断など、あらゆる切断作業が自動化されました。パイプレーザー切断工程では、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、迅速かつ効率的に切断作業を完了します。自動送り、クランプ、回転、溝切りなど、丸パイプ、角パイプ、平パイプなど、あらゆるパイプの切断ニーズに対応します。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高く、ドアと窓の生産コストが年々上昇しているため、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提示しています。ドアと窓、盗難防止ネット、手すりなどの多くのステンレス鋼が使用されます。主に厚さ2mm以下の鋼板と円形タンクです。開口部のレーザー技術により、ステンレス鋼板と円形タンクの高品質の切断、くり抜き、パターン切断を実現できます。今日では、手持ち式レーザー溶接は非常に便利です。ドアと窓の金属部品のシームレスな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なくなるため、ドアと窓の全体的な性能がより良く、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大きく、中小型レーザー出力を用いることで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規模に合わせてカスタマイズされており、小規模なドアや窓の設置業者や装飾会社が請け負っているため、主流は依然として最も伝統的な砥石による切断、アーク溶接、火炎溶接などです。レーザー加工が従来の技術に取って代わる余地は非常に大きいです。

非金属建材のレーザー加工の可能性：非金属建材は主にセラミック、石材、ガラスで、これらの加工は主に砥石や機械ナイフで行われ、完全に手作業に頼っており、手動で位置決めしないと、切断時に大きな粉塵、破片、騒音が発生し、人体に大きな危害を及ぼす可能性があるため、今では若者がレーザー加工を好まなくなっています。これらの3種類の建材は崩壊や破裂の可能性があり、ガラスのレーザー加工が開発されました。ガラスの成分はケイ酸塩や石英で、レーザー光線と反応して切断効果を発揮するため、ガラス加工はこれまで多くの議論がありました。セラミックや石材のレーザー切断は現在ほとんど考慮されておらず、さらなる研究が必要です。適切な波長、適切なレーザー出力を見つければ、セラミックや石材の切断も試すことができ、粉塵が少なく、騒音のない切断を実現できます。今後、国内企業がこの突破口を開こうとす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、あるいは高速道路、橋梁、線路などのインフラ整備プロジェクトでは、建設現場に大量の資材を敷設する必要があり、レーザー機器によるワークピースの加工は作業場内で完結し、その後ワークピースを二次加工先に搬送するケースが多い。そのため、レーザー機器を応用現場でリアルタイムに加工する方法を探究することは、今後のレーザー開発の重要な方向性となる可能性がある。