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レーザーカットに最適なプラスチック10選

赤いシャツを着た男性、クライヴ・チェンは、顎を手に乗せてカメラを見つめている。

著者

クライヴ・チェン

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著者について

共同創設者のプロフィール

ケンブリッジ大学およびロンドンメトロポリタン大学で学士号を取得。

中国の製造業における15年以上の国際販売の専門的リーダーシップ

グローバルサプライチェーンとアジアの精密製造能力を結び付ける実績のある専門知識。

私たちの基盤:

20,000平方メートルの垂直統合型先進生産施設

50台以上の国際ブランドのCNC加工センター(マザック、GF、ミ​​クロン)

業界をリードする±0.001mmの公差基準

 AS9100/IATF 16949認証品質システム

新しいレーザーカッターの箱を開けたばかりだ。ミラーを調整し、レンズの焦点を合わせ、いよいよ様々なプラスチックシートの山を見つめ、デザインを形にする準備が整った。まさに創造力の源泉が発揮される瞬間だ。しかし同時に、隠れた危険も潜んでいる。レーザーはある種のプラスチックを外科手術のような精密さで切断できる一方で、溶けた粘液の塊や燃え盛るトーチに変えてしまうこともある。さらに悪いことに、機械を破壊し、肺を焦がすような腐食性ガスを発生させることもある。

レーザーオペレーターにとって最も重要な教訓は すべてのプラスチックが同じように作られているわけではありません。 プラスチックを切断する能力はレーザーの出力とは関係なく、プラスチックの化学的性質に大きく関係しています。 材料「スタート」ボタンを押す前に、素材の探偵になる必要があります。そのミッションを成功させるために、ここにあるヒントをご紹介します。 決定的な答え - 最初のガイド レーザー切断に最適なプラスチック、最悪のプラスチック、そして最も危険なプラスチック。

決定版ガイド:プラスチックのレーザー切断

プラスチックタイプ (通称) 切っても安全ですか? エッジ品質 彫刻品質 重大な安全警告
アクリル(PMMA) あり エクセレント(炎研磨) 素晴らしい(つや消し加工) 可燃性。空気による補助が必要。
デルリン(アセタール/POM) あり 素晴らしい(きれい、シャープ) 良好(きれいなデボス) ホルムアルデヒドガスが発生するため、十分な換気が必要です。
ABS はい(注意して) 普通(少し溶ける) 普通(溶ける/固まる) シアン化ガスを発生させます。 屋外に排気するプロ仕様の排気システムが必要です。
PETG はい(注意して) 普通(グミ、溶ける) 悪い(溶けにくい) 溶けてベクトルグリッドに付着する傾向があります。可燃性。
マイラー(ポリエステルフィルム) あり 素晴らしい(きれいにカットされている) N/A(薄すぎる) 非常に素早く簡単にカットできます。
カプトン(ポリイミド) あり 良い(少し焦げている) グッド 電子機器によく使用される高温フィルム。
ポリプロピレン(PP) はい(薄いシート) 不良(溶ける、反る) 非常に悪い(溶ける) 融点が非常に低いため、反りやすいです。低出力・高速でご使用ください。
ポリエチレン(PE / HDPE) いいえ(非推奨) 非常に悪い(溶ける、糸を引く) ひどい(溶ける) とても燃えやすい。 蒸発するのではなく、溶けてベタベタになります。
ポリカーボネート(レキサン) いいえ(切らないでください) ひどい(焦げて黄色くなった) 普通(採点のみ) 簡単に発火し、濃い煤煙が発生します。 マテリアルのエッジを破壊します。
PVC(ビニール、シントラ) 英語 無し 無し 純粋な塩素ガスを放出します。 これにより塩酸が生成され、レーザーが破壊され、深刻な呼吸器損傷を引き起こします。

クライヴの第一ルール:「知らないなら切るな」

キャリアの初期、あるデザイナーが真っ白なプラスチックのシートを店に持ってきました。「ねえ、クライヴ、このシートからいくつか文字を切り取って看板にしてもらえませんか?」私は新米エンジニアで、喜んでそうしていました。その素材はまるで厚手のプラスチックのシートのように見えました。 アクリル板それが何なのかは聞かなかった。新品の100W CO2レーザーにそれを読み込み、ファイルを作成して「スタート」ボタンを押した。

ビームが材料に当たった瞬間、私はとんでもないミスを犯してしまったと悟った。不快な刺激臭の煙が立ち上り、プールで発生した化学薬品火災のような悪臭を放った。たちまち、機械の蓋のむき出しの鋼鉄ボルトに錆が舞い上がった。熟練の機械工であるフランクという上司が駆け寄り、非常停止装置をバタンと閉めた。彼はベイのドアを勢いよく開け、私を指差した。「出て行け!今すぐだ!」

素材はシントラという、一般的な発泡PVCフォームボードのブランドでした。PVCの「C」は塩化物(Chloride)の略です。レーザーを照射すると塩素ガスが発生します。このガスが空気中の水分と混ざると塩酸が生成され、金属を腐食させる蒸気となります。私たちはその後2日間かけて、すべての部品を清掃しまし​​た。 金属表面 機械内部の損傷は深刻だった。リニアレールは完全に穴が開いてしまった。フランクはその後、冷たく落ち着いた声で私を座らせた。「これが君の最初で最後のレッスンだ」と彼は言った。「レーザーは君が何をしようと気にしない。 考える 素材が何であるか。それが何であるかだけを気にする is「…確信がなければ、切ることはしない。絶対に。」

なぜ一部のプラスチックは切断可能で、他のプラスチックは危険なのでしょうか?

フランクのレッスンは化学に根ざしています。CO2 レーザーカット 赤外線(波長10,600nm)の集束ビームを用いて物質を急速に加熱し、蒸発させる。このプロセスは 素材に美しく作用する 昇華したり蒸発したりする物質もあれば、化学反応で逆効果になる物質もあります。

良い点:クリーンな蒸発

次のような材料 アクリル(PMMA) ゴールドスタンダードです。レーザーエネルギーはポリマー鎖をきれいに切断し、固体プラスチックを直接ガスに変えます。副産物として、きれいで鋭いエッジが得られます。キャストアクリルの場合、このプロセスは非常に 完璧に仕上げれば「炎で磨いた」ような仕上がりになります.

悪い点:融点の問題

プラスチックのような ポリエチレン(HDPE) and ポリプロピレン(PP) 非常に低い 融点 粘り気があり、蒸発する代わりに溶けて溶けて、どろどろの塊になる傾向があります。レーザーはこのどろどろした物質を押し広げ、エッジの質を著しく低下させます。さらに悪いことに、この溶けたプラスチックは非常に可燃性が高く、簡単に発火し、レーザーをオーブンのように熱くする可能性があります。

醜いもの:危険な化学反応

これは、健康とマシンに損害を与える可能性があるカテゴリです。

  • 塩素含有プラスチック(PVC): 私の話にもあるように、これらの素材は塩素ガスを放出します。これは譲れない「絶対に切ってはいけない」ルールです。どんなに換気をしても、機器にとって安全とは言えません。
  • 難燃性プラスチック(ポリカーボネート) ポリカーボネート(レキサン)は耐衝撃性に優れ、難燃剤で処理されていることが多い。レーザーを照射すると、きれいに蒸発しない。エネルギーを吸収し、過熱して発火し、黒くて濃い煤煙と、破壊され炭化したエッジを生み出す。
  • 窒素含有プラスチック(ABS): アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)は切断可能ですが、窒素を含みます。気化すると、非常に有毒なガスであるシアン化水素を放出する可能性があります。そのため、ABSの切断は、空気取り入れ口から離れた屋外に直接排気する、専門的で工業用の排気装置を使用してのみ許可されます。

善と悪と醜の根本的な区分が明らかになりました。次のセクションでは、 ディープダイブ「レーザーのチャンピオン」—安全かつ効果的に切断できるトッププラスチックそして、パフォーマンスとアプリケーションに関して直接対決させます。

レーザー切断に最適な万能プラスチックは何ですか?

疑いなく、レーザーカット可能なプラスチックの王者は Acrylic化学名ではポリメチルメタクリレート(PMMA)、商品名ではプレキシグラスやルーサイトなどと呼ばれます。CO2レーザーを主にプラスチック加工用に購入する場合、90%の確率でアクリルを使用することになります。アクリルがゴールドスタンダードであるのには理由があります。それは、非常にきれいに蒸発するため、後処理を必要とせず、美しく仕上げられたエッジが得られるからです。しかし、すべてのアクリルが同じというわけではありません。

キャストアクリルが押し出しアクリルより優れているのはなぜですか?

これはオペレーターが習得する必要がある最も重要な違いです。

  • 押し出しアクリル: これは、溶融したアクリルペレットをダイとローラーに通してシート状に成形するものです。コストが安く、厚さも均一です。しかし、圧延工程によって材料に内部応力が生じます。押し出されたアクリルをレーザーで切断すると、この応力が解放され、きれいなエッジが得られますが、炎で磨かれたようなエッジではありません。さらに重要なのは、彫刻しようとすると、アクリルが溶けて元に戻ってしまう傾向があるため、コントラストの高い刻印ではなく、はっきりとしたエンボス加工された刻印が残ることです。
  • キャストアクリル: これは、2枚のガラス板の間に液体モノマーを注ぎ、硬化させることで作られます。この工程により、内部応力がほとんどない材料が作られます。この応力のなさこそが、キャストアクリルが非常に完璧に蒸発する理由です。レーザーカットされたキャストアクリルのエッジは、まるでトーチで磨いたかのように透明で滑らかです。彫刻を施すと、美しくコントラストの高い「フロスト」ホワイトの仕上がりになります。

あるクライアントが、企業イベント用の特注賞をいくつか必要と相談に来ました。高価なカットガラスのような見た目を希望しながらも、プラスチックの予算は限られているとのことでした。そこで、私は2つのサンプルを見せました。1つは押し出し成形から、もう1つは鋳造からカットしたものです。押し出し成形のサンプルも魅力的でしたが、ダイヤモンドのようなエッジと鮮明な白い刻印文字が特徴の鋳造サンプルは、たちまち購入を決めました。看板、ディスプレイ、ジュエリーなど、美観が最優先されるあらゆる用途に、この技術は最適です。 キャストアクリルは常に優れた選択肢です。

エンジニアリング用として最もレーザーカット可能なプラスチックは何ですか?

見た目が良いだけでなく、 do ギア、治具、スライド部品など、何かを作るときは、 エンジニアリングプラスチック: デルリンアセタールまたはPOM(ポリオキシメチレン)とも呼ばれます。

Delrin の用途は何ですか?

デルリンは、高い剛性、優れた寸法安定性、そして驚くほど低い 摩擦係数デルリンは天然の滑りやすさと耐摩耗性を備えています。アクリルは脆く、ギアとして使用すると砕けてしまいますが、デルリンは強靭で耐久性があります。試作品用のカスタムギア、CNCフライス盤用の特殊治具、電気部品の絶縁ブラケットの切削に、デルリンを数え切れないほど使用してきました。 アセンブリアクリルのように炎で磨くことはできませんが、鋭くきれいな切れ味で、マットな質感でプロ並みの仕上がりになります。

デルリンの安全上の考慮事項は何ですか?

デルリンは切断しても全く安全ですが、重要な注意点があります。それは、デルリンの蒸気です。デルリンは気化するとホルムアルデヒドガスを放出します。このガスは独特の鋭く不快な臭いを放ち、刺激性があることで知られています。デルリンを切断するには、屋外に直接排気する、優れたプロ仕様の換気システムが必要です。これは地下室で趣味のレーザー加工をするための素材ではなく、換気の行き届いた作業場のためのものです。

フレキシブルまたは薄膜プラスチックの場合はどうでしょうか?

硬いシートではなく、薄くて柔軟な素材が必要な場合もあります。このような用途には、2つの優れた素材が適しています。

  • マイラー(ポリエステル/PET): これはステンシルを作るのに最も適した素材です。薄くても丈夫なプラスチックフィルムで、 非常に低いレーザー出力で、驚くほどきれいに素早くカットします。 パワー。出来上がったステンシルは鋭いエッジを持ち、何百回も使用できます。
  • カプトン(ポリイミド): フレキシブル回路や電子機器内部の絶縁材など、高温用途に薄いフィルムが必要な場合は、カプトンが最適です。琥珀色のプラスチックで、極度の高温にも耐えられます。レーザーカットにも適していますが、端が少し焦げる場合があります。

レーザーカットのチャンピオンたち、直接対決

機能 キャストアクリル デルリン(アセタール) マイラー(PETフィルム)
主なユースケース 標識、ディスプレイ、美観 機能部品、ギア、治具 ステンシル、フレキシブルフィルム
エッジ品質 エクセレント(炎研磨) 優秀(クリーン、マット) 優秀(クリーン、シャープ)
彫刻品質 エクセレント(フロステッドホワイト) 良好(きれいなデボス) 通常は刻印されない
機械的強度 低い(脆い) 高(丈夫、硬い) 高(引き裂き強度)
摩擦 ハイ 非常に低い(滑りやすい) 無し
相対コスト 技法 ハイ ロー
煙の毒性 低(刺激臭) 培地(ホルムアルデヒド) ロー

ケーススタディ:Clive's Choice – プロトタイプギアボックス

小型ロボットを開発しているスタートアップが50個のセットを必要としていると言ってきた 初期プロトタイプ用のカスタムギア設計は完了していましたが、テストのために物理的な部品が必要でした。アクリルから切り出す方が安価だと知っていたので、見積もりを依頼しました。

私は彼らを止めざるを得なかった。「用途について教えてください」と尋ねた。彼らは、ギアは小型モーターで駆動され、何百時間ものテストでスムーズに動作する必要があると説明した。

「アクリルで作れば見た目は完璧になりますよ」と私は説明した。「でも、最初にしっかりトルクをかけると、歯がすぐに折れてしまいます。アクリルは脆いんです。」

私は彼らにデルリンの切れ端を見せました。「これが必要なんです。値段は高いですが、丈夫で、当然摩擦も少ないんです。このギアは見た目が良いだけでなく、 「その通りだ」と彼らは同意した。デルリンからギアを切り出し、試作テストは成功した。教訓: 材質は用途に適合している必要があります。 「安全に切断できる」リストからでも間違ったプラスチックを選択すると、製品全体が失敗する可能性があります。

レーザーカットに最適なプラスチックについて説明しました。しかし、 境界線上の材料 - ABSやPETGなどのプラスチック それ できる 削減はできるが、深刻な課題を抱えている。どのように設定すればいいのだろうか? 部品を機械加工して設計する これらの扱いにくい材料を扱うには?

レーザー加工のチャンピオンであるアクリル(美しさの点ではアクリル、強度の点ではデルリン)について取り上げ、PVCのような最も危険な悪役については赤でマークしました。しかし、曖昧な中間層はどうでしょうか?機械工たちが議論するプラスチックはどうでしょうか? できる カットされますが、多くの場合、あらゆる段階であなたと戦いますか?

真のプロフェッショナルになるには、何を切るかだけでなく、 顧客からの要望に応じて、難しい材料を切断する。そしてさらに重要なのは、材料に関わらず完璧に切断できるよう部品を設計する方法を知っていることです。

ABS や PETG のような難しいプラスチックをレーザーカットできますか?

はい、でも本当の問題は、 すべき あなたにとって?これらの素材はグレーゾーンにあります。塩素ガスは発生しませんが、切れ味と煙の点で大きな問題があります。

ABS のレーザー切断の問題点は何ですか?

ABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン)は素晴らしい、丈夫なエンジニアリングです 3Dプリントで人気のプラスチック 射出成形もできます。しかし、レーザーカッターでは悪夢です。

  • 蒸発するのではなく、溶けます。 アクリルとは異なり、ABSは 融点レーザーは、きれいな切断面ではなく、ベタベタと溶けたような状態になりがちです。切断面は丸みを帯び、バリができ、大きな熱応力が発生することがよくあります。
  • 有毒で悪臭のある煙: ABSは加熱するとスチレンガスを放出します。このガスは悪臭を放ち、有害な大気汚染物質として知られています。ABSを切断するには、工業グレードの密閉型排気システムが必要です。以前、研修生が私に何も言わずに小さな部品を切断しようとしたことがあり、5,000平方フィートの作業場全体が丸一日悪臭に包まれました。
  • 火災の危険性: 空気アシストが強力でなく、狙いが完璧でない場合は、溶融材料が簡単に発火する可能性があります。

ABS に関する私のルールはシンプルです。 機械加工できるなら 機械加工する。CNCフライス盤 はるかに優れた結果が得られます。私は、非常に薄いシートをレーザーカットするのは、粗いエッジが許容できる最後の手段としています。

PETGはどうですか?

PETGはもう一つの人気の3Dプリンターです 強靭性と透明性で知られる素材です。レーザーカットにおいて、ABSと多くの共通点があります。非常に溶けやすく粘着性があり、レーザーの照射経路の後ろで再溶融することがよくあります。溶融した材料を除去するには高圧エアの力が必要で、粘着性があり、カッティングベッドに重度の堆積物を残す傾向があります。技術的には「切断可能」ですが、きれいなエッジを得るにはイライラする作業が必要で、アクリルに比べると時間をかける価値がないことがよくあります。

レーザー切断を成功させるための部品の設計方法

ここがアマチュアとプロを分けるところです。完璧なカットは機械から始まるのではなく、設計ソフトウェアから始まります。設計が不十分な部品は、どんなに高価なレーザーでも失敗に終わります。レーザー切断のための設計(DfLC)に関する私の5つの戒律をご紹介します。

戒律1:切り口を尊重する

レーザービームは幅がゼロの線ではありません。物理的な厚みがあり、切断すると材料が削り取られます。この幅は「カーフ」と呼ばれます。60W CO2レーザーでアクリルを切断する場合、カーフは約0.15mm(0.006インチ)になります。10mmの穴と10mmのペグを設計した場合、それらは適合しません。穴は10.15mm、ペグは9.85mmとなり、結果として緩く、不格好な適合になります。

解決策: 必ず対象材料でテストカットを行い、機械の実際のカーフを測定してください。その後、CADファイルでジオメトリをオフセットして補正する必要があります。圧入部品の場合、これは必須です。

戒律2:鋭角な内部角を排除する

レーザービームは円形です。円形の工具で完全に鋭い90度の内角を作ることは物理的に不可能です。常に小さな半径が残ります。無理やり作ろうとすると、レーザーがコーナーに留まり、過度の焼け、溶融、そして部品の弱点につながります。

解決策: 工程を考慮した設計を心がけましょう。すべての内角に小さなフィレット(R)を付けましょう。さらに、かみ合う部品には「ドッグボーン」や「Tボーン」の逃げを設けると効果的です。これらの小さなオーバーカットにより、相手側の角に隙間が生まれ、部品同士が面一で強固に接合されます。

戒律3:機能とスペースを適切に保つ

以前、3mm厚アクリル製の精巧な換気グリルのデザインを依頼されたことがあります。クライアントはハニカムパターンを描いていましたが、プラスチックの壁の厚さはわずか0.5mmでした。それをカットしようとしたところ、全体が溶けて水たまりのようになってしまいました。レーザー加工は材料に大量の熱を放出します。形状が薄すぎたり、間隔が狭すぎたりすると、熱が蓄積され、部品が歪んだり溶けたりしてしまうのです。

解決策: 目安としては、カットパスの間隔を少なくとも材料の厚さと同等かそれ以上に保ってください。材料の厚さよりも大幅に薄い形状を設計することは避けてください。

戒律4:接線を避ける

ベクターファイルにおいて、接線とは2本の直線または曲線が交差することなく1点で接する点を指します。画面上では問題なく表示されますが、一部のレーザーソフトウェアでは接線の処理がうまくいかず、レーザーが接線点で停止したり、カクツキが生じたり、オーバーバーンしたりすることがあります。

解決策: デザインソフトウェアの「結合」または「溶接」機能を使用して、別々のセグメントを1つの連続した閉じたパスに結合します。これにより、レーザーは滑らかで途切れのない1つの動作で切断されるため、よりきれいなカットが得られます。

戒律5:テスト、テスト、そしてまたテスト

これは他のすべてを包含する黄金律です。設定がうまくいくと決して思い込まないでください。デザインがきれいにカットされると決して思い込まないでください。小さな 材料の変更 厚さ、アクリルの色の違い、さらには店内の湿度によっても最終結果が影響を受ける可能性があります。

解決策: フル稼働で大きな仕事を実行する前に 高価な素材のシート小さなテストピースを切り出します。1インチ四方の内側に1/2インチの円を描いたものが私の定番のテストです。これにより、30秒以内に切り口、エッジの品質、寸法精度を確認できます。この30秒のテストで、数百ドルのスクラップ材を節約できます。

よくある質問(FAQ)

安価なダイオードレーザーを使用してこれらのプラスチックを切断できますか?

ほとんどの場合、いいえ。ダイオードレーザーは可視波長(例えば450nm)で動作し、透明または淡色のアクリルを透過します。また、ほとんどのプラスチックを効果的に蒸発させるパワーが不足しており、溶融につながります。 刻む 暗い色のアクリルと非常に薄くカットされた黒のアクリル、CO2 レーザーは切断に適したツールです 幅広い種類のプラスチック。

レーザーカットされたプラスチックの端をきれいにする最良の方法は何ですか?

キャストアクリルの場合、エッジは既に炎で磨かれているため、洗浄は不要です。デルリンなどマットなエッジになる他のプラスチックの場合は、バリ取りツールで軽くこすったり、カッターナイフの刃で軽くこすったりするだけで、小さなバリを取り除くことができます。アクリルには、アルコールやアンモニアベースのクリーナー(Windexなど)は絶対に使用しないでください。時間の経過とともに、素材に「ひび割れ」(微細なひび割れの網目)が生じる可能性があります。

プラスチックをレーザー切断する際の臭いを軽減するにはどうすればよいでしょうか?

削減するのではなく、管理することが大切です。アクリルやデルリンなどのプラスチックから発生する煙を安全に処理する唯一の方法は、強力で適切に設置された排気システムを使用し、窓や吸気口から離れた屋外に直接排気することです。ABSなどの素材の場合は、外部排気に加えて、カーボンフィルターとHEPAフィルターを備えた専用の排気システムを設置することを強くお勧めします。

プラスチックを切るときに保護紙やフィルムをつけたままにしておく方が良いでしょうか?

はい、もちろんです。上面と下面の両方に保護マスクを残してください。この層には2つの重要な役割があります。プラスチックの表面を煙による汚れや残留物から保護することと、「フラッシュバック」(カッティングベッドで反射したレーザー光によってパーツの裏側に生じる擦り傷)を軽減することです。

一部のプラスチックはなぜレーザー切断前に乾燥させなければならないのでしょうか?

PETGやナイロンのようなプラスチックは「吸湿性」があり、 空気中の水分を吸収します。レーザー光が水分を含んだプラスチックに当たると、水分は瞬時に蒸気に変わり、泡立ち、切断面が粗くなり、仕上がりが不安定になります。これらの素材を切断する場合は、低温オーブンまたは専用のフィラメント乾燥機で乾燥させてから切断することが、高品質な仕上がりを得るために不可欠です。

参考情報

[1] トロテックレーザー。(nd). プラスチック レーザー切断と彫刻. [オンライン]. 入手可能: https://www.troteclaser.com/en/materials/plastic-sheets-for-laser-engraving

[2] ユニバーサルレーザーシステムズ(nd)。 レーザー材料加工ガイド – PMMA(アクリル). [オンライン]. 入手可能: https://www.ulsinc.com/materials/pmma-acrylic

[3] ソーミル、C.(2020)。 完全な レーザー切断ガイド プラスチック. [オンライン]. ポノコ Blog。 利用可能: https://www.ponoko.com/blog/how-to-make/the-complete-guide-to-laser-cutting-plastics

[4] アメリカ化学会(2015年)。 レーザーカッターで切ってはいけないもの. [オンライン]. 入手可能: https://www.acs.org/content/dam/acsorg/about/governance/committees/chemical-safety/publications/laser-cutter-safety.pdf

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