西オーストラリア州の重工業がダイレクト半導体レーザ技術のメリットを活用

ダニエル・リンド氏は20年前から表面コーティングに携わっており、摩耗した金属部品を補修する際に、他の方法よりもレーザクラッディング（肉盛り）が優れていることを痛感しています。 実際、彼はレーザクラッディング（肉盛り）に熱中し、西オーストラリア州の産業界にこの技術の利点を伝えるために、APEX ETGという会社を立ち上げました。

しかし、経営者である彼は、結果の品質と同じくらい、コストや生産性にも焦点を合わせています。 そのため、彼のレーザクラッディング（肉盛り）装置は、成功し続けるために、いくつかの異なる要件を満たす必要があります。

まず、高速にクラッド（肉盛り）を行う必要があります。 これにより、石油・ガス、鉱業、建設業など、超大型部品の表面処理を行う多くのジョブを、顧客が満足する時間枠内に完了させることができます。

次に、操作の柔軟性が必要です。 彼は、作業場の各クラッディング（肉盛り）システムが可能な限り幅広いタスクをこなして常に稼働していることを望んでいます。 これにより、生産性と投資利益を最大化することができます。 ジョブとジョブの間の機械の切り替えを最小限のダウンタイムと難易度で行うことができれば、生産性はさらに向上します。

生産性を左右するもう一つの大きな要因は、装置の信頼性と稼働率です。 停止しているレーザクラッダーは、収益を上げているわけでも、元を取っているわけでもありません。

最後に、高品質の結果が必要であることは言うまでもありません。 APEX ETG社の成功は、鉱山会社の油圧シリンダーを再生する継続的プログラムなど、リピートビジネスに大きく依存しています。 結果の品質、すばやい納期、そして価格のバランスがとれていることで、お客さまを維持しています。 「お客様の成功は、私たちの成功でもあります」とダニエル氏は説明しています。

APEX ETG社は、これらすべてのニーズに応えるため、Coherent HighLight DDシリーズの製品をベースとしたレーザクラッディング（肉盛り）システムを採用しています。 本製品は、最大10 kWの出力を備えた半導体レーザです。 広い範囲の寸法で容易に矩形に形成することができる自由空間（ファイバー結合ではなく）のビームを生成します。 ビーム伝送光学系を変えるだけで、幅1 mmから12 mm、長さ6 mmから36 mmまでのビームが得られます。 また、Coherentは、加圧式と重力式の両方のパウダーノズルも用意しており、高溶着速度のクラッディング（肉盛り）に対応しています。

ダイレクト半導体レーザのメリット

「私の業界のほとんどの人（特にこの装置を販売しているベンダー）に尋ねると、大面積のクラッディング（肉盛り）ショップに最適なツールは、ファイバー結合型半導体レーザだと答えるでしょう。 彼らは、1台のファイバー結合型半導体レーザを、必要に応じてさまざまな加工方法ヘッドに接続し、さまざまなジョブをこなすことができると言います」とダニエル氏は述べています。 「しかし、レーザクラッディング（肉盛り）を数多く手がけてきた者として、それはまさに間違った答えだと断言できます。 問題は、ジョブの切り替えで発生します。 あるジョブを6 mmのロングラインビームで行っていて、次のジョブで18 mmのビームが必要な場合、別のクラッディング（肉盛り）ヘッドに変える必要があります。 これには、アライメントのやり直しと調整が必要であり、これに時間がかかります」。

「一般的な認識では、1台のファイバー結合型半導体レーザシステムと多くの異なる加工方法ヘッドを購入すれば、何でもできるようになると思われています。 できるかもしれませんが、迅速かつ効率的に行うことはできません。 また、その装置が交換のために停止しているときには収益は上がりません。 これは、高速で大面積のクラッディング（肉盛り）を行う能力を制限します」と付け加えています。

「対照的に、HighLight DDでは、加工方法ヘッド内の光学系を交換してライン寸法を変更し、再び加工方法を開始するだけです。 これは、文字通り、一瞬で終わります。 そして、経済的に納得のいく時間枠内で、本当に広い面積をクラッドするのに十分な長さのレーザラインを得ることができます」。

「もちろん、ファイバー結合型システムが良くないと言っているわけではありません。 私自身も数台持っていて、幅広く使っています。 これらは、価格の低い部品に小さな面積のクラッディング（肉盛り）を行うためのコスト効率の高いツールです。 しかし、しばしば約束されるような柔軟性を発揮しません。 また、APEX ETG社のビジネスの大きな部分を占めるようになった大面積のクラッディング（肉盛り）作業にも適していないことは確かです。 その用途では経済的ではありません」。

クラッディング（肉盛り）の動作

10 kW Coherent HighLight DDダイレクト半導体レーザによって、APEX ETG社は、西オーストラリア州ばかりでなく世界でも前例のないクラッディング（肉盛り）ジョブを実現しました。 その一例は、鉱業用ショベルの「バケット」の「表面硬化」です。バケットはショベルの土壌をすくい上げる巨大なスクープです。 APEX ETG社に持ち込まれたバケットは、容積が42 m³と、文字通り、スクールバスのような大きさでした。

これらのバケットは、使用するにつれて摩耗し、最終的には新しい材料で表面を付け替えて、使用可能な状態に保たれます。 従来は、バケットに厚い炭化クロム/タングステンの「摩耗防止プレート」を溶接していました。 各プレートは3 m × 1 m程度であったため、バケット全面を覆うにはかなりの枚数が必要でした。

しかし、摩耗防止プレートの溶接には大きな欠点があります。 まず、時間と手間がかかる加工方法であることです。 次に、バケットにかなりの重量が追加されます。より正確には、この特定のバケットに使用される摩耗防止プレートパッケージの9トンの重量が追加されます。

バケットの曲面に平らな摩耗防止プレートを溶接することで、さらに問題が発生します。 これらのプレートは（弓のように曲がっているため）応力がかかっていて、使用中に跳ね返ることがあります。 これは、プレートを溶接し直すときにショベルのダウンタイムが発生することを意味します。 さらに、安全性にも大きな問題があります。 プレートは、かなり大きな力で跳ねて外れます。 そのため、作業者が怪我をする可能性があります。

レーザクラッディング（肉盛り）を行うために、APEX ETG社はバケットを大型ロボットプラットフォームに取り付けました。 これにより、レーザビームを連続的に移動できるようになり、クラッディング（肉盛り）で面全体をカバーすることができるようになりました。 溶接を使う一般的な修理に比べ、これははるかに短時間で完了しました。

バケットに施されたクラッディング（肉盛り）材の総量は450 kgでした。つまり、摩耗防止プレートで覆ったバケットと比較すると、ショベルは1回のスクープでさらに8.5トン余分にすくい上げることができます。 そのため、装置の効率が良くなり、燃料コストを大幅にカットすることができます。

ダイレクト半導体レーザシステムで施されたクラッディング（肉盛り）は、品質についても妥協がありません。 実は、まったく逆です。 APEX ETG社で表面に表面硬化処理を施したバケットはすでに5,000時間稼働していますが、レーザクラッド表面への影響はありません。 さらに、レーザクラッディング（肉盛り）では、新しい表面が跳ね返ることがないため、安全面でも心配はありません。

「このジョブは極端な例です」とリンド氏は述べています。 「これまででクラッドを施した最大の部品かもしれません。 また、これと同じレベルの結果を得ることは、他の技術ではまったく不可能です。 このことは、建設、石油・ガス、鉱業、その他の重工業分野で一般的な超大型部品にクラッディング（肉盛り）の利点をもたらす、高出力ダイレクト半導体レーザの並外れた能力を本当に際立たせています」。

「しかし、APEX ETG社のレーザクラッディング（肉盛り）能力は、あらゆるサイズや形状の用途に対応しています。 これにより、西オーストラリア州内の幅広い業界のニーズに対応することができます。 この技術を市場に投入できるのは、Coherentとの強力な関係のおかげです」。

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