レーザー切断時の正/負の焦点の選択

レーザー切断において、正のデフォーカス（正の焦点）と負のデフォーカス（負の焦点）のどちらを選択するかは、主に材料の種類、板厚、および加工要件によって決まります。以下に、明確で分かりやすい意思決定ガイドを示します。

基本原則

ピントが合っている（ピントずれなし）：エネルギーが最も集中するため、切断幅は極めて狭くなります。高精度かつ高速な薄板切断に適しており、「精密さ」を最優先に設計されています。

ネガティブフォーカス（ネガティブデフォーカス）：エネルギーがより分散されるため、切断幅が広くなります。厚板に適しており、スラグ除去効果を高め、レンズを保護し、「貫通力と品質」を重視しています。

ピントを合わせた（デフォーカスのない）カットは、どのような場合に使用すべきでしょうか？

適用シナリオ：薄板（通常3mm未満）の切断、特に精度と速度の両方に高い要求が課される用途。

1. 薄板の精密切断：

• 材料例：薄板炭素鋼板、ステンレス鋼板、真鍮、アルミニウム板など。
• 理由：薄板は溶融スラグの発生量が少ないため、それを除去するための広い切断幅は必要ありません。正の焦点を用いることで、最小のスポット径と最高のエネルギー密度を実現でき、極めて高い切断速度と滑らかで垂直な断面形状が得られます。

2. 高精度かつ狭いスリット：

• 応用例：精密部品、電子部品、宝飾品、中空パターンなど。
• 理由：正焦点によって生じる切断幅は最も狭く、材料の損失が少なく、非常に細かい輪郭や鋭角を切断できるため、過度の溶融を防ぐことができます。

3. 切断速度の追求：

• 薄板を切断する場合、正焦点モードにおける高いエネルギー密度は、より速い送り速度の使用を可能にし、それによって生産効率を向上させる。

まとめ：薄い材料を切断する場合、速度、精度、狭い切断幅が主な目標となるため、ポジティブフォーカスを選択することが最優先事項となる。

ネガティブフォーカス（ネガティブデフォーカス）でカットするタイミングは？

適用シナリオ：中厚板（通常3mm以上）の切断、特に良好なスラグ排出と断面品質が求められる場合。

1. プレート切断：

• 材料の例：炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム板など、厚さ3mm以上。
• 理由：厚板は大量の溶融金属（スラグ）を発生させる。負圧コークスはより広いスリットを形成し、補助ガス（酸素や窒素など）が底部からスラグをより効果的に吹き飛ばすことで、スラグの付着や切断を防ぐ。

2. 高品質なセクションが必要です。

• 理由：厚板の場合、正の焦点を用いると、エネルギーが上面に集中するため、上面は滑らかになり、下面は粗くなります。負の焦点を用いることで、板の厚み方向におけるエネルギー分布がより均一になり、上から下までより均一で滑らかな切断面が得られます。

3. フォーカシングミラーを保護する：

• 理由：厚板、特に錆びた鋼板や飛沫の多い材料を切断する場合、ネガティブフォーカス設定により焦点がワークピース内部に位置するため、ワークピース上面から集光ミラーまでの距離が長くなり、金属の飛沫が高価な集光ミラーに当たって損傷するリスクが軽減されます。

4. 特定のプロセス（アルミニウム合金の窒素切断など）：

• 理由：アルミニウム合金の切断時には、通常、窒素が補助ガスとして使用されます。溶融アルミニウムを吹き飛ばすには、高圧の空気流が必要です。負圧コークスによって確保される広い切断幅は、高圧窒素の流れとスラグ排出にとって非常に重要であり、バリのない切断面と光沢のある表面を実現するための鍵となります。

まとめ：厚い材料を切断する場合、切断を確実に完了させ、スラグを減らし、均一な断面を得て、機器を保護することが主な目的であれば、負のコークスが好ましい。

迅速な意思決定フローチャート

実践的なヒント

1. 最適なデフォーカス量をテストします。上記のルールは一般的なガイドラインです。特定の工作機械と材料に最適なデフォーカス量は、工程テストによって決定する必要があります。オペレーターは、断面の品質と垂れ下がるスラグを観察し、「スリットテスト」を実施して最適なパラメータを見つけます。

2. ネガティブフォーカスの設定：負の焦点量は通常、固定値ではなく、板厚に関連した範囲で表されます。一般的な開始基準点は、板厚の1/4から1/3です。例えば、12mm厚の炭素鋼を切断する場合、テストは-2mmから-3mmの範囲から開始できます。

3．素材が鍵となる：素材によって焦点に対する感度は異なります。例えば、ステンレス鋼は炭素鋼よりも焦点に対する感度が高いです。