カート

閉じる

レーザー刻印機とは?安全クラスやおすすめのモデルをご紹介

レーザー刻印機とは?安全クラスやおすすめのモデルをご紹介

アクリルボードにオリジナルのイラストを刻印したり、革のブックカバーに自分の名前を入れたり、レーザー刻印機はDIYの世界を豊かに変えます。レーザーは身近な先端技術ですが、素材を加工する活用方法とともに、安全性を確認しておくことが大切です。レーザー刻印機の基礎知識とおすすめのモデルをご紹介します。


■レーザー加工機とは


現在さまざまな分野で使われているレーザー。たとえばCDやDVDのような装置では、データの書き込みと読み取りを行う部分に使われています。美容の分野では、シミやそばかすの除去、脱毛の機器としてエステに設置されるようになりました。


さらに、インターネットの情報通信を担う光ファイバーもレーザー技術の応用です。コンサートやイベントでは、レーザーによる照明の演出で盛り上がっています。そして、産業の分野でも材料を加工するためにレーザーが使われています。


・アインシュタインから始まったレーザーの歴史 


レーザーという言葉は、Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(誘導放出による光の増幅)の頭文字を使った造語です。人工的に光の方向、位相、波長をそろえて強力な光を作り出し、制御することによって活用します。


レーザーの研究は、1920年代にノーベル物理学賞の受賞者で天才発明家のアインシュタインが始めたことが原点です。その後、1960年代以降に開発が進展しました。


古くから開発されてきたレーザーが半導体レーザーであり、レーザーダイオードとも呼ばれます。照明、CD/DVD/BDなど光ディスクの記録媒体の読み込みと書き込みのほか、光学式マウス、携帯電話の光通信、自動車の距離測定などに使われています。

 

半導体レーザーのレーザー光の特長は、微細な信号を高速で読み取れること、多くの情報の転送、正確なポインティング、遠くまで光が到達できることなどです。


 

・DIYで個人も使えるレーザー加工機の特長

 

産業分野のレーザー加工機は、レーザー光線の熱によって素材を切断、穴あけ、彫刻、刻印などの加工をする装置です。加工できる素材には、アクリル板、ガラス、木材、皮革、布地、金属などがあります。

 

特殊な技能がなければ使用できない印象があるかもしれませんが、慣れてしまえばレーザー加工機はPCのプリンターと同じように操作可能です。製造業などの企業はもちろん、DIY(Do It Yourself)として個人でも簡単に扱えます。

 

手作業で素材を加工するときには型が必要になりますが、レーザー加工機では、わざわざ型を作らなくてよいことも特長です。デジタルデータから切断や刻印を行うため、プリント感覚で加工できます。

 

機器のメンテナンス面においてもメリットがあります。刃物を使って切断や彫刻をすると刃先が摩耗するので、替え刃のような消耗品が必要になります。ところが、レーザーカットの場合には光の熱で素材を加工するため、替え刃が必要ありません。

 

・レーザー加工機の代表的な3種類

 

現在、レーザー加工機には、主に次の3つの種類があります。

 

・CO2レーザー加工機

・ファイバーレーザー加工機

・YAGレーザー加工機

 

産業分野で主流になっているのは、CO2レーザー加工機です。二酸化炭素(CO2)、窒素、ヘリウムと混合させたガスを媒体として放電によりレーザーを発生させます。発振器で作られたレーザー光はミラーやレンズを経由して素材に照射して、切断などを行います。

 

CO2レーザー加工機は、2次元のシートの素材だけでなく3次元による立体造形にも使われています。ただし、光を反射する金属の加工には向いていません。

 

一方で、ファイバーレーザー加工機は胴や真鍮などの金属の加工ができ、今後が期待されている方式です。光ファイバーを媒体として光を増幅させてレーザーを発生させます。CO2レーザー加工機とはまったく異なった発振器を持ち、エネルギー効率が高く、発振器のメンテナンスを必要としないメリットがある一方、導入コストが高いデメリットを持ちます。

 

YAGレーザー加工機のYAGは、レーザーを発生させるイットリウム(Yittrium)、アルミニウム(Aluminum)、ガーネット(Garnet)という元素の名前から付けられました。素材が薄い場合にも正確に加工することが可能で、高度な仕上がりが要求される溶接や医療用機器に用いられています。


■レーザーの出力について

 

レーザーの性質は、出力、波長、パルス光と連続光の違い、ビームの大きさと発散角などによって説明できます。

 

波長を取り上げると、人間は可視光線の波長を色として認識します。プレゼンテーションに使うレーザーポインター、あるいはバーコードリーダーのレーザーは赤い色に見えますが、波長が長いからです。波長が短くなると青色になります。

 

パルス光と連続光について説明すると、特定の瞬間だけ発振するレーザーがパルス光であり、常に光を発振するレーザーが連続光です。人間の目は1秒間に数十回しか認識できないため、数千回もの発光を繰り返すレーザーは連続光のように見えます。

 

このようにレーザーの世界は奥が深いのですが専門的になるため、レーザー出力に焦点を当てて解説しましょう。

 

レーザー出力のパワーは平均とピーク時があり、ワット(W)を単位として表します。DVDのような機器に使われている小型の半導体レーザーは、数ワットしか出力できません。しかし、CO2レーザー加工機では数十キロワットもの出力ができます。

 

発振器によってパワーの大きなレーザー出力が可能になり、金属の溶接や切断ができるようになります。小さな出力のレーザーであれば安全ですが、産業用のレーザー機器は人体に影響を与える恐れがあるため、安全に使用するための規制が設けられています。

 

家庭用のレーザー加工機を使って彫刻をするなら、1,500 ミリワットの出力を基準に考えるとよいでしょう。より深く素材を削る必要がある場合には5,000ミリワットなど大きな出力の機種を選択します。

 

誤ったレーザーの使い方によって事故を起こさないためにも、レーザー出力の特性を知っておくことが大切です。

 

■レーザー刻印機で作れるもの

 

レーザー刻印機は、文字や図柄を刻むために使われるレーザー加工機です。「しるしをつけること」をマーキングといいますが、レーザーマーキングでは焼き付けたり、素材の表面を削ったりすることで、文字や図形を表現します。手作りの作品にシリアル番号、製造年月日、バーコードなどを付けることも可能です。

 

レーザー刻印機を選ぶときには、加工できる素材と加工できない素材の種類の素材をチェックすることは基本です。さらに「加工範囲」が重要です。加工範囲は文字やイラストなどを刻印できる広さで、加工範囲が広いほど大きなスペースに絵や文字をたくさん入れることが可能になります。

 

Snapmaker 2.0 A350は、1,600ミリワットのレーザー出力によって加工範囲320mm×350mmに刻印が可能です。つまり30センチの定規を縦と横の大きさにした程度の範囲に絵や文字を描くことができます。

 

繊維、皮革、木材、プラスチック、不透明アクリルなどの素材に加工できますが、それぞれSnapmaker 2.0 A350で作成できるものを挙げていきましょう。

 

Snapmaker2.0 スナップメーカー2.0 3in1 3Dプリンター レーザー刻印 CNC彫刻 正規代理店

・繊維:オリジナルトートバック

 

コンビニエンスストアやスーパーのレジ袋が有料化されたことにより、トートバックの利用が拡大しました。無地のバックにオリジナルのイラストや文字などをプリントすると、買い物がもっと楽しくなります。

 

レーザー加工に適した天然素材の布には、コットン、シルク、リネン、デニムがあります。デニムのような素材では白く色抜きをした効果が得られるため、布地の素材の色を生かすことが製作のコツです。プラスチック系のポリエステルといった合成繊維はレーザー加工と相性のよい素材であり、熱で溶かしたきれいな加工ができます。

 

応用として、幼稚園バッグに子どもの描いた絵や名前をレーザー刻印したり、クッションやTシャツにプリントしたり、さまざまなファブリックをオリジナルグッズに変えられます。

 

・皮革:ブックカバー

 

革製のブックカバーにロゴマークや名前を入れることができます。記念日やお気に入りの名言を刻むのもおしゃれです。無地の革であれば、全体にオリジナルの図柄を入れることもできます。

 

ブランドの語源にはさまざまな説がありますが「焼印」に由来していたということをご存知でしょうか。放牧していた自分の牛を他の牛と区別するために印をつけたことから、ブランドという言葉が生まれたといわれています。革製品にレーザー刻印で名前を刻むことは、まさに個人のブランディングといえるでしょう。

 

天然素材の皮革より、布で構成されている合皮のほうが加工の仕上がりが安定しています。レーザーの熱を利用して焦がしていくイメージです。レーザーカットにも活用できます。

 

皮革のレーザー加工の応用として、オリジナル革製キーホールダー、財布や名刺入れなどにオリジナルの図案や名前を入れる製作があります。

 

・木材:ネームプレート

 

木材にレーザー刻印して、ネームプレートを作成できます。カフェ経営者であればアンティークな表札を作ったり、木版にメニューを刻んだり、店舗の装飾に役立ちます。

 

木材をレーザー刻印するときに注意すべきことは節など素材の硬い部分を避け、木目に注意することです。同じ木材であっても産地や伐採した時期によって品質が異なるため、事前にテストしておくとよいでしょう。

 

木材を使ったレーザー刻印の応用例として、スタンプ、サイコロ、オリジナルデザインの木製コースター、名入れした木製の筆箱やペンスタンド、イラスト入りの積み木や玩具などがあります。

 

・プラスチック、不透明アクリル:メモリアル盾

 

レーザー加工に最も適した素材がアクリル板です。プラスチックや不透明アクリルの板に刻印することで、結婚記念や還暦のお祝いなどの盾を自作できます。

 

アクリルの素材には、製造方法の違いによって「キャスト板」と「押出板」の2種類があります。キャスト板は、溶けた状態の樹脂を手作業で型に流し込んで成型します。押出板は、粘土状のアクリルをローラーで押し出して成型する大量生産のアクリルです。

 

一般的に、キャスト板の方が硬くて高価であり、押出板はキャスト板よりやわらかく安価かつ加工がしやすい特徴があります。レーザー加工をする場合、キャスト板はきれいに加工できますが、押出板の場合は加熱部分が溶けやすくきれいな加工が困難です。作りたいものに合わせて素材を選択するとよいでしょう。

 

メモリアル盾のほかに、サインプレートやウェルカムボード、ロゴや名前入りのフォトフレーム、キーホールダー、席札などを作成できます。

 

■レーザー刻印機の安全クラス・注意点について

 

低出力のレーザーであっても人体に影響を与える危険性があるところから、国際電気標準会議(International Electro-technical Commission、IEC)では『レーザー機器及びその使用者のための安全指針』を定めています。この指針にしたがって、日本では日本工業規格のJIS C 6802でクラス分けと安全対策が規定されています。概要をまとめます。

 

・クラス1

本質的に安全なレベルです。ルーペや望遠鏡などの光学機器でレーザー光を集めたとしても、人体に影響がないレベルです。

 

・クラス1C

人体の名外の部分に接触させて利用するレーザー製品のクラスです。接触して照射しているときには潜在的な危険がありますが、接触後にはクラス1の安全性レベルに準じます。

 

・クラス1M

低出力の302.5~ 4,000nmの波長を放出するレーザーです。屋内など限定された場所では安全ですが、光学系機器を利用して観察した場合に危険性が生じる可能性があります。

 

・クラス2

可視光に規定され、まばたきによる嫌悪反応によってクラス1と同等の安全が確保されるレーザーです。


・クラス2M

可視光で低出力(400~700nmの波長のレーザーです。まばたきのような嫌悪反応によって安全に保護されます。光学系の機器を使って直視した場合には危険性がありますが、それ以外の場合は安全が確保されます。


・クラス3R

可視光はクラス2の5倍以下(400~700nmの波長)、可視光以外はクラス1の5倍以下(302.5nm以上の波長)のレーザーです。直視した場合は危険ですが、危険性はクラス3Bより低く、比較的リスクが小さい製品です。

 

・クラス3B

直視すると危険なレベル。連続発信の場合0.5ワット以下、パルスレーザーで10~5Jm/m~2以下の出力です。焦点を結ばないパルスレーザーは危険ではありません。特定の条件下では安全に観察できますが、リモートインターロック(緊急停止)制御の設置、キースイッチの取り付け、レーザー放出の警報表示などが必要になります。

 

・クラス4

高出力のレーザーで、散乱した光を見たときにも危険です。皮膚に照射されたときは火傷になったり、火災を生じたりする恐れがあります。

 

Snapmaker 2.0 A350のレーザーの安全クラスは「クラス4」です。使用時には十分に注意しましょう。また、レーザーの安全基準は欧州や米国などの国や地域によって異なります。国外で利用するときには確認が必要です。

Snapmaker2.0 スナップメーカー2.0 3in1 3Dプリンター レーザー刻印 CNC彫刻 正規代理店


■まとめ

 

レーザー刻印機を使うと、布や革製品、木材、アクリル板といった素材にプリント感覚で模様や文字などを入れられます。Snapmaker 2.0 A350には、別売で立体物にレーザー刻印を可能にする拡張用のロータリモジュールも提供しています。さらにDIYの世界を拡げることができます。


一方、出力の大きなレーザーを使うために、製作中にはレーザー光から目を守り、火傷をしないように注意する安全確保が大切になります。

 

Snapmaker 2.0 A350で初めてレーザー機能を使うときには、タッチパネルに初心者ガイドがポップアップする仕組みになっています。このガイドをすべて確認してから取り掛かると、安心して加工ができます。初心者ガイドは初回だけしか表示されませんが、タッチパネルから呼び出すことが可能です。


また、レーザーの光から目を守るために、Snapmaker 2.0 A350本体には安全ゴーグルが付属しています。購入したときから安心して利用可能です。さらに、別売のエンクロージャーを使うと装置の周囲をケースで囲むことにより、ノイズや煙などを減少させるとともに、ドアを開けたときに一時停止させることができます。

 

正しい知識を学んで、創造性の世界で安全な旅を続けましょう。

 

Snapmaker2.0 スナップメーカー2.0 3in1 3Dプリンター レーザー刻印 CNC彫刻 正規代理店