JP6551275B2 - レーザ加工装置、三次元造形装置、及びレーザ加工方法 - Google Patents
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Description
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記集光部は、前記 複数のレーザ光源の各々の光束を合波するダイクロイックミラーを含むものである。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明において、前記複数のレーザ光源の各々のレーザ光は波長が同じであると共に前記複数の集光点の大きさが互いに異なり、一の集光点の内部に他の集光点が包含されているものである。
図1及び図2を参照して本実施の形態に係るレーザ加工装置10について説明する。図1(a)に示すように、レーザ加工装置10は、光学系12、レーザ光源14、及びレーザ光源16を備えている。なお、本発明では、複数の波長の光源を用いることができるが、本実施の形態では2つの波長を用いた形態を例示して説明する。
(式4)を図示すると、図2(b)のようになる。図2(b)は、上記から、加工周波数ωcに対する強度変調成分を図示するものである。
<比較例>
単一のレーザ光源を用いる従来技術に係るレーザ加工装置において、900Wのレーザ光源のレーザ光を、集光径(直径)300μmに絞ったスポット用いて、板厚1.5mmの軟鋼材を切断した。その結果、良好な品質で切断できていることがわかった。切断シロとしてカフ幅(溶融金属を吹き飛ばすために必要な幅)を制御する必要があり、最適幅は300μmであった。
<本実施の形態>
図1に示す本実施の形態に係る光学系を適用し、パワー300Wのレーザ光源14のレーザ光を集光径150μmに絞ったスポットS1と、パワー300Wのレーザ光源16のレーザ光を集光径300μmに絞ったスポットS2とを重畳したレーザビームを用いて、板厚1.5mmの軟鋼材を切断した。その結果、比較例と同等な品質で切断できることがわかった。
つまり、本実施の形態に係るレーザ加工装置10によって、エネルギー効率が約33%((1−300W×2/900W)×100)向上したことがわかる。
図3を参照して、本実施の形態に係るレーザ加工装置30について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態における光学系を変えた形態である。
図4を参照して、本実施の形態に係るレーザ加工装置50について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態における光学系を変えた形態である。
図5を参照して、本実施の形態に係るレーザ加工装置について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態における光学系を変えた形態である。図5は(a)は、本実施の形態に係るレーザ加工装置70を、図5(b)は、レーザ加工装置70の変形例であるレーザ加工装置90を示している。
1/4波長板80は、入射された直線偏光を円偏光に変換する素子であり、偏光プリズム78で合波された、レーザ光源74からのレーザ光とレーザ光源76からのレーザ光とを円偏光に変換し、被加工物Wの加工点Pに重畳スポットSを形成する。
図6を参照して、上記実施の形態に係るレーザ加工装置を用いた、本実施の形態に係る3Dプリンタ(三次元造形装置)について説明する。3Dプリンタとは、3D CADデータ、あるいは3D CGデータを元に立体(3次元のオブジェクト)を造形する機器であり、造形方法としては例えば積層造形法が用いられる。3Dプリンタでは精密な積層物を形成するために、微小な集光径のレーザスポット、つまり溶融スポットが要求される場合がある。上記実施の形態に係るレーザ加工装置は、この3Dプリンタで要求されるような微小な溶融スポットを実現するのにも好適である。
その際、積層加工を行っている加工点Pを遮蔽ガスSGでシールドし、加工点Pの周辺が、搬送ガスの雰囲気に維持されるようにしている。
12 光学系
14、16 レーザ光源
18、20、22、24 レンズ
30 レーザ加工装置
32 光学系
34、36 レーザ光源
38、40、42 レンズ
50 レーザ加工装置
52 光学系
54、56 ミラー
58 レンズ
70 レーザ加工装置
72 光学系
74、76 レーザ光源
78 偏光プリズム
80 1/4波長板
82、84、86 レンズ
90 レーザ加工装置
92 光学系
93、94 レーザ光源
95 ダイクロイックミラー
96、97、98 レンズ
100 加工光生成部
102 レーザ光源
104 レンズ
200 金属粉末供給機構
202 ノズル
204 金属粉末・搬送ガス流路
206 遮蔽ガス流路
Car キャリア成分
Env 包絡成分
L1、L2 光束
PG 粉末混合ガス
SG 遮蔽ガス
P 加工点
R1、R2 集光径
S 重畳スポット
S1〜S5 スポット
OA 重畳領域
NA 非重畳領域
W 被加工物
Claims (11)
- 複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源の各々の光束を集光して被加工物に複数の集光点を形成すると共に、前記複数の集光点の各々の少なくとも一部が重なるように集光する集光部と、を備え、
レーザ加工を行うに際し、2つの前記集光点が重なった領域におけるヘテロダイン干渉 によってキャリア成分光と包絡成分光とを発生させ、前記キャリア成分光で吸収特性を制 御し前記包絡成分光で加工特性を制御する
レーザ加工装置。 - 前記複数のレーザ光源の各々は互いに直交する直線偏光とされ、
前記集光部は、前記複数のレーザ光源の各々の光束を合波する偏光プリズム、および前 記偏光プリズムからの光束を円偏光に変換する1/4波長板を含む
請求項1に記載のレーザ加工装置。 - 前記集光部は、前記複数のレーザ光源の各々の光束を合波するダイクロイックミラーを 含む
請求項1に記載のレーザ加工装置。 - 前記複数のレーザ光源の各々のレーザ光は波長が同じであると共に前記複数の集光点の大きさが互いに異なり、一の集光点の内部に他の集光点が包含されている
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 前記複数のレーザ光源の各々が1つのレーザ光源から分岐されたものである
請求項4に記載のレーザ加工装置。 - 前記複数のレーザ光源の各々のレーザ光は互いに波長が異なると共に前記複数の集光点の大きさが互いに異なり、一の集光点の内部に他の集光点が包含されている
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 前記複数のレーザ光源は、互いに波長の異なる2つのレーザ光源である
請求項1〜請求項3、及び請求項6のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 前記集光部は、複数の前記光束の各々を集光させる光学系を含む
請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 - 積層物を形成する積層加工を行うための部材を供給する部材供給部を備えた積層加工部と、
請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のレーザ加工装置と、を備え、
前記積層加工部は、前記部材供給部及び前記光束と、前記積層物と、を相対的に移動させつつ前記部材供給部から前記積層物上に前記部材を供給し、供給された前記部材に前記光束を照射して積層加工を行う
三次元造形装置。 - 複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源の各々の光束を集光して被加工物に複数の集光点を形成する集光部と、を備えたレーザ加工装置による加工方法であって、
前記集光部により、前記複数の集光点の各々の少なくとも一部が重なるように集光すると共に、2つの前記集光点が重なった領域におけるヘテロダイン干渉によってキャリア成 分光と包絡成分光とを発生させ、前記キャリア成分光で吸収特性を制御し前記包絡成分光 で加工特性を制御する
レーザ加工方法。 - 前記複数のレーザ光源は、互いに波長の異なる2つのレーザ光源である
請求項10に記載のレーザ加工方法。
Priority Applications (3)
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