NEDO(国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)は、このほど大阪大学、ヤマザキマザック、島津製作所と共同で、高輝度青色半導体レーザーを活用し、銅を高速・精密にコーティング可能なハイブリッド複合加工機を開発した。
同機は、200W高輝度青色半導体レーザーを3台装着した600W級マルチビーム加工ヘッドを搭載。レーザー集光スポットにおける高いパワー密度を達成し、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料への銅のコーティング速度が従来に比べて6倍以上に向上した。
人が接触する金属製手すり、取っ手、ドアノブ等に銅をコーティングすることで、細菌・ウイルスによるリスクを低減する公衆衛生環境の実現や、航空・宇宙・電気自動車などの産業で必要とされる高精度な部品加工への活用に期待されている。

今回、開発した加工機は、3台の200W高輝度青色半導体レーザーから成るマルチビーム加工ヘッドを搭載。青色半導体レーザーの高輝度化によって鉄系、ニッケル系などの金属に加え、純銅や銅合金などの銅材料を従来よりも6倍以上の高速度でコーティングすることができる。

さらにレーザー集光スポットにおけるパワー密度も6倍になったことから、従来困難であった銅の多層コーティングも可能にする。
また、加工ヘッドを一回走査することで得られるコーティング領域の幅の最大値は、従来の400μｍ程度に対し、1000μｍ程度まで増大可能であることが明らかとなった。
同加工ヘッドを用いると、噴射される銅粉末材料を直接加熱することで母材表面の溶融を必要最小限とし、母材金属の混入が少なくゆがみの小さな精密コーティングが可能。加工ヘッドは直交するX・Y・Zの直線3軸とB・Cの回転2軸を有し、工具回転機能を持つハイブリッド複合加工機に搭載。各軸は同時5軸制御が可能で、複雑な形状の部品に銅をコーティングすることが可能となった。

具体的なユーザーを想定したレーザーコーティング技術開発については、SIP1期レーザーコーティングPJの参画機関である石川県工業試験場および参画企業の大阪富士工業で同PJ終了後も進められてきた。それぞれの機関・企業は、NEDOの「高輝度青色半導体レーザー及び加工技術の開発」をもとに製品化した100W高輝度青色半導体レーザーをすでに導入し、銅コーティングのための基礎データベースの構築および銅コーティングした部材開発を推進している。
大阪大学とヤマザキマザックは、今回開発した加工機を用い、石川県工業試験場および大阪富士工業と連携し、想定されるユーザーを見据えドアノブに対し殺菌・抗菌・ウイルス不活化作用のある銅の高速・精密レーザーコーティングを開始した。

同加工機は、既存のステンレスやアルミニウム製の手すり、取っ手だけでなく、複雑形状のドアノブなどにも銅の高速・精密コーティングが容易になるほか、さまざまな金属粉末にも適用可能。高い殺菌・抗菌・ウイルス不活化作用を有する銅合金粉末の開発に合わせて、手すり、取っ手やドアノブなどの金属部品に銅合金コーティングを応用できる。

NEDOプロジェクトでは、さらなる青色半導体レーザーの高輝度化を進めるほか、ヤマザキマザックは、2020年末にkW級青色半導体レーザーマルチビーム加工ヘッドを搭載することで、10倍以上のコーティング速度を可能とするハイブリッド複合加工機を開発し、2021年の製品化を目指している。