ICALEO2013
公益財団法人レーザー技術総合研究所
主席研究員 藤田雅之
（平成 25 年度国際会議等参加助成 AF-2013219）
キーワード：レーザー加工、炭素繊維複合材、三次元造形

１．開催日時してきている。CFRP のレーザー加工はドイツにおいて盛ん

2013 年 10 月 7 日〜10 日に行われており、セッション全体として広範囲な波長（266nm２．開催場所〜10μm）やパルス幅（ps〜CW）のレーザーを用いて融着、Hyatt Regency Miami, Miami, Florida U.S.A.

切断等の加工現象が調べられている。Stuttgart 大学（独シュツットガルト）、LZH（独ハノーバー）、TAI（トルコ）は３．国際会議報告

ナノ秒パルス、Fraunhofer ILT（独アーヘン）は高繰り返しピ

３．１ 会議概要

コ秒パルス、IWS（独ドレスデン）は YAG/CO2 の同時照射、レーザー加工関連の国際会議である ICALEO2013 (32nd Int.

CNRS（仏）、IPG（米）は CW レーザーによる加工あるいCongress on Applications of Laser & Electro-Optics) が 10 月 7〜

は加工現象の観察を発表していた。パルス繰り返し 100kHz

10 日に米国マイアミで開催された。参加者は 340 名程度（う〜MHz で数 100W、CW では kW クラスのレーザーが用いら

ち米 140、独 68、中国 23、仏 19、日本 19）で、 溶接、切断れてきている。加工のスループットが求められているようで等の熱加工を中心とした Laser Material Processing Conferenceある。

(LMP) 、 微 細 加 工 を 中 心 と し た Laser Microprocessing

Dresden の IWS 研究所では CO2 レーザーと YAG レーザー

Conference (LMF)、ナノテクに関連した Nanomanufacturingを同軸で照射する光学系が開発されていた。CFRP の炭素繊

Conference (Nano)から構成されていた。それぞれのセッショ

維と樹脂をそれぞれ YAG レーザーと CO2 レーザーで加工しン数は、21、10、5 といった規模であった。ちなみに、昨年たり、CFRP と GFRP を同じシステムで加工することが可能

度の参加者は 450 名程度（うち米 154、独 72、英 17、日本となる。以下に、LZH、Fraunhofer ILT 各研究所からの発表

27、中国 27）、一昨年度は 500 名程度（うち独 80、英 27、を報告する。

中国 27、日本 17）であった。
３．２．１ LZH における CFRP のレーザー加工会議を特徴付けるプレナリーセッションのテーマは「Digital Photonic Production Across All Scales」であり、最近注

LZH は 6kW-ファイバーレーザーを用いた切断試験結果と目の 3D プリンターに関連した話題が目白押しであった。

紫外ナノ秒レーザーを用いた表面処理の結果を報告していた。6kW-ファイバーレーザーを用いた切断試験では、熱影響層（HAZ : Heat Affected Zone）の幅と加工試験片の強度の関

３．２ CFRP のレーザー加工
CFRP のレーザー加工に関する講演が11 件あった
（独5 件、係を調べている。レーザー光の掃引速度を 1.2〜13m/min.と変日 2 件、仏 2 件、米 1 件、トルコ 1 件、）。ちなみに、2012化させて引っ張り強度を調べた結果、掃引速度が速いほど

年は 10 件（独：6、仏：2、日：1、英：1）であり、ICALEO

HAZ が小さく引っ張り強度が上がり、機械加工と遜色ない程

では 2008 年に 1 件、2009 年に 0 件、2010 年に 7 件、2011 年度まで強度が保てるとのことであった。に 6 件とここ 5 年で CFRP のレーザー加工の発表件数が増加－ 224 －

一方、紫外ナノ秒レーザー（10W、80kHz、40ns）を用いた表面処理においては、CFRP や GFRP を試料として接着力を提唱している。金属の三次元造形においては、LMD (Laser向上のための表面粗さの最適化が行われていた。適度な表面

Metal Deposition)と SLM (Selective Laser Melting)という二つの粗さを与えると濡れ性が向上し接着力が上がることが期待手法が主流である。LMD はパウダーを吹き付けながら或いされる。ただ、現段階では濡れ性と接着後のせん断強度とのはワイヤを接触させてレーザーで溶かして造形する方法で関係はまだ調べられていなかった。LZH はこれまで、損傷をあるが、ノズルの形状や粉末の吹き付け方、レーザースポッ受けた CFRP の修復のために損傷部周囲をレーザーで削る研トの大きさ、焼結後の密度などクラッディングをベースとし究を進めていたが、損傷部をふさぐための表面処理の研究へたデータが報告されていた。LAM の欠点である造形後の表と移行してきている。

面粗さを改善するための技術、いわゆる post-processing として、レーザーを用いて研磨あるいは多結晶化させる技術は興３．２．２ Fraunhofer ILT における CFRP のレーザー加工味深く感じられた。また、中国の台頭が目覚ましく、研究費Fraunhofer ILT は、波長 1030nm、パルス幅 1.4〜7.5ps、平をふんだんにつぎ込んで力任せに研究を進めているという均出力最大 430W のレーザーを用いた CFRP の切断加工（掃印象を受けた。

引速度は 20m/s）を発表していた。パルス繰り返し周波数は1.4〜6.3MHz で可変である。繰り返し周波数を 1.4MHz に固３．３．１ マイクロ三次元造形定して平均パワーを変化させると、アブレーションレート

LAM の中でも積層サイズが数 100μm 以下のものがμ（mm3/min.）は平均パワーにほぼ比例するが、HAZ の幅は-LAM と呼ばれるようになっている。一例として、燃料電池

100W 以下で 25μm、300W で 75μm に対して 400W で 200内の bipolar plate（あるいは、セパレータ）表面に金メッキをμm 以上へと一気に増加することが報告された。一方、照射施す替わりに 530 箇所の金接点（直径約 100μm）を LMD にフルーエンスを 1J/cm2 に固定して繰り返し周波数を変化（平より形成したという報告があった。面から点に変えることで均パワーも比例して変化）させると、1.5MHz〜6MHz（100W

計算上は材料を 90％節約できるが、現状の課題としてパウダ〜400W）の領域で HAZ の幅が 60μm 前後とほとんど変化しーの利用効率が 50％とのことであった。一方、SLM においないことが報告された。また、6MHz でパルス幅を変化させては積層サイズを小さくするためには材料を溶かすサイズた際には、HAZ に対するパルス幅の影響は小さいようである。

（溶融池）を小さくする必要があり、CW レーザーよりも数加工の品質を保ちつつスループットを向上させるには、パル100μs 程度のパルスレーザーを用いることが有効であるとス繰り返しを増加させるといった手法が有効のようである。の報告があった。また、積層面の段差を超短パルスレーザーで研磨するということも試されていた。表面のアブレーションまたは繰り返し周波数 MHz での照射による再溶融によっ

３.３ 三次元造形
レーザーを用いた三次元造形（会議では、LAM : Laserて表面粗さが改善されるようである。

Additive Manufacturing）においては、メートルサイズからマイクロ、ナノサイズまでの研究事例が多数ある。実際には市

３．３．２ レーザー転写

販の三次元造形装置の最大サイズは 1.5m 程度であり、基礎

LAM は基本的に材料を溶かして積み上げていく手法であ

研究レベルではナノ粒子を積み上げた場合は数 10nm 程度とるが、時には（生体細胞や結晶など）溶かしたくない材料をなっている。また、Fraunhofer ILT は DPP (Digital Photonic

積み上げたいという要求も出てくる。そこで活躍するのがレProduction)という言葉を使って、LAM を Additive DPP、従来ーザー転写と呼ばれる技術である。レーザー転写はドナー基の加工を Ablative DPP と称しており、今後のレーザー加工に板上で成長させた材料をパルス照射によって（溶かさずに）おいてはDigital dataを駆使することが重要であると言うこと吹き飛ばしてターゲット基板上に転写する技術であり、μ－ 225 －-LAM 技術の一つであるという位置づけが与えられていた。
今回、レーザー総研からは強誘電体 BST のレーザー転写を報告したが、μ-LAM のセッションに組み込まれていた。期せずして時流に乗っていたという感じであった。
プレナリーセッションでは、細胞のレーザー転写技術についての報告があった。レーザーパルス当たり 100 個の細胞を転写・積み上げていくことが原理的には可能であり、人間の細胞の数 1015 個に対して 100kHz のレーザーを用いれば 2 時
間 45 分で人間の造形が実現するとのジョークが述べられるほどであった。

謝辞
本国際会議参加への助成をいただいた天田財団に感謝いたします。

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