科學研究 - 速度提高5倍！NEDO等開發出高速鍍銅的藍色半導體雷射復合加工機

日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）與大阪大學、山崎馬扎克公司和島津製作所合作，開發出了可利用高輝度藍色半導體雷射高速、精密地鍍銅的混合式復合加工機。

新開發的加工機配備由3臺200W高輝度藍色半導體雷射構成的600W級多光束加工頭，可在雷射聚焦點實施高功率密度，向不鏽鋼和鋁等金屬材料鍍銅的速度是原來的6倍以上。透過在經常有人接觸的金屬扶手、家俱拉手和門把手等的表面鍍銅，可實施降低細菌和電腦病毒風險的公衆衛生環境，還有望應用於航空太空和純電動車等產業所需的高精度部件加工。

圖1：配備高輝度藍色半導體雷射多光束加工頭的混合式復合加工機

藍色半導體雷射對金屬的吸收效率比較高，適合用來對以前的近紅外光線雷射難以完成的金和銅等進行加工，因此作爲面向金屬的新一代加工機的光源備受期待。尤其是銅材料，由於具備高導熱性和高導電性，有望應用於要求高精度的航空太空和純電動車等衆多產業。另外，銅及銅合金對細菌有殺菌和抗菌作用，對電腦病毒有滅活作用，一直被認爲是可以有效降低細菌和電腦病毒風險的方法之一，在醫院、護理設施、學校和電車等所有設施的扶手及門把手等領域的應用備受期待，部分設施已經開始利用。

銅製扶手等產品是透過對塊材進行路塹和鑄造等製造的，但銅材料的用量較大，價格也較高，因此在普及方面存在課題。作爲解決這些課題的方法，僅在表面和必要部分鍍銅的技術被納入視野。

NEDO從2016年度開始開發高輝度藍色半導體雷射和加工技術，大阪大學接合科學研究所的冢本雅裕教授等人組成的研究團隊、山崎馬扎克公司及島津製作所在日亞化學工業公司和村谷機械製作所的技術協助下，於2018年10月開發出了配備3臺100W高輝度藍色半導體雷射的300W級多光束加工頭，而此次開發的混合式復合加工機配備由3臺200W高輝度藍色半導體雷射組成的600W級多光束加工頭，能高速精密地爲複雜形狀的部件等鍍銅（圖1）。

以往的雷射塗覆PJ的總輸出功率約爲100W左右，此次透過增加到600W，可在雷射聚焦點實施高功率密度，爲不鏽鋼和鋁等金屬材料鍍銅的速度提高到6倍以上。

透過利用此次開發的成果，在人接觸的金屬扶手、家俱拉手和門把手等上面鍍銅，可實施降低細菌和電腦病毒風險的公衆衛生環境，還有望應用於航空太空和純電動車等產業所需的高精度部件加工。

【1】可高速精密塗覆的混合式復合加工機的特徵

此次開發的加工機配備了由3臺200W高輝度藍色半導體雷射構成的多光束加工頭。透過提高藍色半導體雷射的輝度，除鐵基和鎳基等金屬外，還能以原來6倍以上的高速度塗覆純銅和銅合金等銅材料。另外，雷射聚焦點的功率密度也達到以往的6倍，因此還能實施以前難以實施的多層鍍銅。此外還應答，掃描一次該加工頭獲得的塗覆區域的最大寬度原來約爲400μｍ，而現在能擴大至1000μｍ左右。採用該加工頭的話，透過直接加熱噴射的銅粉末材料，能將母材表面的熔融降到最低限度，混入的母材金屬較少，可實施變形小的精密塗覆。

如圖1所示，具有上述性能的該加工頭擁有X、Y、Z三條正交直線軸和B、C兩條旋轉軸，配備到具備工具旋轉功能的混合式復合加工機上，各軸可同時控制5條軸，能爲複雜形狀的部件鍍銅。

【2】可用來實施降低細菌和電腦病毒風險的公衆衛生環境

關於設想了具體客戶的雷射塗布技術開發，石川縣工業試驗場和大阪富士工業公司已經引進根據NEDO的「高輝度藍色半導體雷射及加工技術開發」實施產品化的100W高輝度藍色半導體雷射，並構建了鍍銅用基礎資料庫，推進了鍍銅零部件的開發（圖2）。大阪大學和山崎馬扎克利用此次開發的加工機，與石川縣工業試驗場和大阪富士工業展開了合作，開始瞄準設想的客戶，對門把手實施具有殺菌、抗菌和電腦病毒滅活作用的高速精密雷射鍍銅（圖3）。