プラスチックのレーザー切断：彫刻との違いと、それぞれが適する場面

プラスチックのレーザー切断：彫刻との違いと、それぞれが適する場面

要点

• 切断は厚さ方向を貫通させる加工で、彫刻は深さを制御する加工であり、最適化の方向が異なります。
• ポリマーは10.6 µmで強く吸収するため、切断にはCO2レーザーが一般的に使われます。
• アクリルは美しく切断できますが、ポリカーボネートはそうではありません。その違いは厚さではなく、分解の化学的性質にあります。
• PVCは、どの厚さでも、どの装置でも、絶対にレーザー加工してはいけません。

レーザー切断とレーザー彫刻は、同じ装置の設定の違いとして扱われることが多く、実際にそうであることも少なくありません。しかし、両者は正反対の方向に最適化されるため、彫刻の作業に切断の考え方を適用したり、その逆を行ったりすると、予想どおりの残念な結果になります。

根本的な違い

切断に適したポリマー

切断品質を左右するのは、ポリマーの硬さではなく、分解時の挙動です。揮発性の断片にきれいに解重合する材料は、火炎研磨されたような切断面になり、炭化する材料は、変色したすすけた切断面になります。

切断面の品質の管理

• 焦点を表面またはわずかに下に合わせる。厚いシートでは、材料の厚さの約3分の1の位置に焦点を合わせると、カーフ（切り溝）の深部でも有効なスポットが小さく保たれ、テーパーが減ります。
• 切断では、速い複数回のパスより、遅い1回のパスを優先する。繰り返しのパスは切断面を再溶融して熱を蓄積させます。これは彫刻が求めることとは正反対です。
• アシストガスでカーフを排気する。ポリマーには通常エア（空気）を使います。溶融物と蒸気を除去し、切断面の炭化を抑えます。ただし、材料によっては、酸素を含む空気で切断面の変色が増えることに注意してください。
• 反射エネルギーが裏面にマークを付けないよう、シートをスラットまたはハニカムのベッドで支持する。裏面へのフラッシュバックは、よく起こる、避けられる不具合です。
• テーパーへの想定を管理する。レーザー切断にはどれもある程度のテーパーがあり、厚い材料ほど大きくなります。切断面がシール面や合わせ面になる場合は、これが問題となります。
• 応力を見込む。アクリルやポリカーボネートの切断面には熱応力が残り、後で溶剤に触れるとクレイジングを起こしやすくなります。環境応力亀裂を参照してください。部品が薬品に触れる場合は、切断後のアニーリングが有効です。

排気は省略できない

切断は、表面数ミクロンではなく、カーフ内の材料の全厚を蒸発させるため、表面マーキングよりはるかに多くの分解生成物を発生させます。マーキングセルには十分だった排気設備は、同じ装置に切断を導入すると、不十分になることが多くあります。

ろ過は、装置ではなくポリマーに合わせる必要があります。粒子フィルターだけでは有機蒸気に対応できず、難燃グレードは、ベース樹脂とはまったく異なる分解生成物を発生させることがあります。既存の設備に切断を追加する場合は、排出物の評価をそのまま引き継げると仮定せず、見直してください。

どちらを選ぶか

部品を分離する必要がある場合、金型なしで試作や少量生産の形状が必要な場合、複雑な輪郭を機械加工するのが現実的でない場合には、切断を指定します。触覚的な形状、金型加工、耐摩耗性のある識別表示など、深さそのものが機能的な場合には、彫刻を指定します。要件が永続的に判読できるコードだけであれば、どちらも正解ではありません。表面マーキングの方が高速で、材料を除去せず、切断面の品質の問題も排出物の問題も生じないためです。

切断品質のトラブルシューティング

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よくあるご質問

アクリルがポリカーボネートよりはるかにきれいに切断できるのはなぜですか？

分解の化学的性質によります。アクリルはモノマーにきれいに解重合するため、特徴的な火炎研磨されたような切断面が得られますが、ポリカーボネートは切断線で炭化して黄変します。どちらも厚さが似た透明な硬質シートであるため、違いは機械的なものではなく、分解したときに各ポリマーが何になるかにあります。

切断は、遅い1回のパスと速い複数回のパスのどちらがよいですか？

切断では、遅い1回のパスです。複数回のパスは切断面を再溶融して熱を蓄積させ、切断面の品質を低下させます。これは、冷却を挟みながら軽いパスを複数回行うのが最良となる彫刻とは正反対で、彫刻の考え方を切断に適用すると切断面が悪くなるのはそのためです。

ポリプロピレンやポリエチレンはレーザー切断できますか？

薄いゲージであれば可能ですが、切断面は丸くビード状になります。ポリオレフィンはきれいに蒸発せず溶融するため、カーフの縁がシャープに分かれず、ビード状に引き寄せられます。切断面の外観が問題にならず、厚さが薄めであれば実用的ですが、外観面やシール面に指定するプロセスではありません。

絶対にレーザー切断してはいけない材料は何ですか？

PVCです。どの厚さでも、どの装置でも不可で、塩化水素が発生し、作業者に害を及ぼし、光学系や装置のフレームを腐食させます。PTFEなどのフッ素樹脂は有害な分解生成物を放出するため、加工の前に個別の評価が必要です。これらは材料そのものの除外であり、換気で対処できる問題ではありません。

既存のマーキングセルに切断を追加する場合、何か変更が必要ですか？

通常は、排気の変更が必要です。切断は、表面の数ミクロンではなくカーフ内の全厚を蒸発させるため、そのセルが仕様として想定していたマーキング工程よりはるかに多くの分解生成物を発生させます。既存の設備をそのまま引き継げると仮定せず、実際に使用する材料に照らして、排出物の評価とろ過の仕様を見直してください。

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