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プロジェクトの基本情報

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2019年3月18日更新

機器の軽量化の決め手であるCFRP材料のレーザ切断・穴あけを高速化。 8m/min の速度を達成。自動車部品の高能率、高精度加工を実現した。

株式会社 最新レーザ技術研究センター

プロジェクト名 CFRP等複合材料の高能率・高精度ハイブリッドレーザ加工技術の開発
対象となる川下分野 自動車、航空機、産業機械
川下企業におけるニーズの対応 質量低減(小型化、軽量化など)
効率化(生産性・作業性の向上など)
環境配慮(不純物の除去や無害化、廃棄物削減、 CO2削減など)
低コスト化(ランニングコスト低減、ロス削減、 省力化など)
短納期化(リードタイム、工程の短縮など)
上記ニーズに対する具体的な数値 1)1.2mm厚のCFRP材を8m/min の速度で切断可能。
2)アルミニウム合金と比べ 比強度が
3)切断寸法精度が∓10μmと高精度
事業実施年度 平成26年度~平成28年度
事業化状況 補完研究中(完成に向けて現在研究中)
対象としている素材 CFRP等複合材料

プロジェクトの詳細

プロジェクトに至った背景・経緯
自動車産業や航空機産業の課題である燃費向上、強度向上、高硬度材料対応、新素材加工対応、CO2排出量の低減、信頼性向上、および一体部品・複雑形状部品加工対応に対して、CFRP材を高速、高精度にレーザ加工する加工装置の開発に関するものである。回折光学素子(DOE)を利用したビーム分岐・合成光学系を開発して、連続発振の高輝度固体レーザと合成することにより2mm板厚のCFRP部材を毎分2m以上の高速で切断できるレーザ加工装置を開発する。
研究開発のポイント
高出力の超短パルスレーザとCWシングルモードファイバーレーザを合成することにより、加工速度を高める方法を検討した工業的レベルに達しなかった。そこで、補完研究で、図1に示す高速スキャナーを導入して、3kWSMファイバーレーザで加工したと
ころ、非常に高速で切断できた。ただ、切断部に熱影響部が50μm~500μmの幅で生じたので、 その低減を研究している。
研究開発の具体的な成果
本研究・開発で開発したレーザ加工システムでCFRPを高速で加工できたものを図2に示す。
利用イメージ、今後の活用が見込める分野・製品等
CFRP複合材料の応用分野として、自動車産業、航空宇宙産業、スポーツ用品、ロボットのような産業機器などの分野で今後 活用が見込める。一例として、図3に示すような、自動車のボンネットやショックアブソーバーにはすでにCFRP材が利用されている。

事業化への取り組み

事業化状況、規模 現在、事業化のための加工実験を大手自動車会社と実施中である。連続発振レーザによるCFRPの加工では図4に示すように、切断部の熱影響部に樹脂の黒化がおこり、この幅を50~100μm以下にする必要がある。
事業化による効果 現在、3mm厚までのCFRPやGFRPを毎分4m~8mの高速レーザ切断するシステムが開発されている。
これを上述の産業分野に展開すると、輸送機器の定量化が可能になり、CO2の削減問題を解決する1手段として利用できる効果期待できる。
知財・広報活動 この加工システムに関して、特許申請を国内で3件、中国で1件申請している。さらに、この10月にも1件出願する予定である。
広報活動としては、国際ウエルディング・ショーやTechBizなどの展示会に出展し、この技術を紹介している。
今後の見通し 今後は、熱影響部幅の50μmか 100μm以下に低減できる方法について、考案、開発していく予定である。
当初の目標を踏まえた
上での達成度や
新たな課題
当初の目標であるハイブリッドレーザ加工システムの開発において、加工速度に限界があることが判明したので、レーザ加工システムを改造し、加工速度を達成目標の8倍まで改良できた。
ただ、加工品質の低下が生じたので、その解決を早急に行う予定である。
川下産業からの引き合い状況
(件数等、内容)
大手自動車メーカーを含め、引き合いがあった。

研究開発の体制

事業管理機関 (株)最新レーザ技術研究センター、岐阜大学
法認定事業者 (株) 最新レーザ技術研究センター
アドバイザー 酒井武治(名古屋大学)
大仲幸司(内浜化成(株))
林淳(今井航空機工業(株)
後藤 吉孝(天龍コンポジット(株))

PRコメント

CFRP材料をレーザ加工する方法について、3種類の方法をH21より研究してきた。その結果加工速度をたて軸に、CFRPの板厚を横軸に棒グラフで示すと、桁違いにcw3kWSMファイバーレーザに3D高速スキャナーを搭載した加工システムでの加工速度が速い。
これを生かすには 熱影響部の黒化を防ぐことが重要な課題となる。この点について、補完研究で改善していく予定である。

企業情報

社名 株式会社 最新レーザ技術研究センター
(法人番号:3180301016798)
所在地 〒446-0026 愛知県安城市安城町広美40-7
電話番号 0566-91-2281
社員数 5名 (男性  3名、女性  2名)
資本金 500万円
業種 電気機械器具製造業
事業内容 最新レーザ加工技術の開発、受託加工
最新溶接技術の開発、受託加工
各種レーザ加工機の製造、販売
アーク溶接用給電チップの開発、販売
レーザ工芸品の製造、販売
URL http://altrec.la.coocan.jp/
保有する生産設備と
スペック
3kWSMファイバーレーザ(3Dスキャナー付き)
500WSMファイバーレーザ
13Wナノ秒パルスYAGレーザ、20Wナノ秒パルスYAGレーザ
30Wナノ秒パルスYAGレーザ、150Wナノ秒パルスYAGレーザ
30WCO2レーザマーカー、25Wファイバーレーザ
マーカー、各種アーク溶接機、
生産拠点エリア 国内 所在地:愛知県安城市安城町広美40-7
海外生産対応 可 対応可能エリア:中国 大連
主要な取引先 トヨタ車体精工、ナデックス、トヨタ自動車、日産自動車、 三菱重工、安城市役所、アイシンAW,ダイキン工業
本プロジェクトに
関する問い合わせ先
部署名
代表取締役 沓名 宗春

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