日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）與大阪大學(xué)、山崎馬扎克公司和島津制作所合作，開發(fā)出了可利用高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器高速、精密地鍍銅的混合式復(fù)合加工機(jī)。

新開發(fā)的加工機(jī)配備由3臺200W高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器構(gòu)成的600W級多光束加工頭，可在激光聚焦點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高功率密度，向不銹鋼和鋁等金屬材料鍍銅的速度是原來的6倍以上。通過在經(jīng)常有人接觸的金屬扶手、家具拉手和門把手等的表面鍍銅，可實(shí)現(xiàn)降低細(xì)菌和病毒風(fēng)險的公眾衛(wèi)生環(huán)境，還有望應(yīng)用于航空航天和純電動汽車等產(chǎn)業(yè)所需的高精度部件加工。

圖1：配備高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器多光束加工頭的混合式復(fù)合加工機(jī)

藍(lán)色半導(dǎo)體激光器對金屬的吸收效率比較高，適合用來對以前的近紅外線激光器難以完成的金和銅等進(jìn)行加工，因此作為面向金屬的新一代加工機(jī)的光源備受期待。尤其是銅材料，由于具備高導(dǎo)熱性和高導(dǎo)電性，有望應(yīng)用于要求高精度的航空航天和純電動汽車等眾多產(chǎn)業(yè)。另外，銅及銅合金對細(xì)菌有殺菌和抗菌作用，對病毒有滅活作用，一直被認(rèn)為是可以有效降低細(xì)菌和病毒風(fēng)險的方法之一，在醫(yī)院、護(hù)理設(shè)施、學(xué)校和電車等所有設(shè)施的扶手及門把手等領(lǐng)域的應(yīng)用備受期待，部分設(shè)施已經(jīng)開始利用。

銅制扶手等產(chǎn)品是通過對塊材進(jìn)行切削和鑄造等制造的，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。作為解決這些課題的方法，僅在表面和必要部分鍍銅的技術(shù)被納入視野。

NEDO從2016年度開始開發(fā)高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器和加工技術(shù)，大阪大學(xué)接合科學(xué)研究所的冢本雅裕教授等人組成的研究團(tuán)隊(duì)、山崎馬扎克公司及島津制作所在日亞化學(xué)工業(yè)公司和村谷機(jī)械制作所的技術(shù)協(xié)助下，于2018年10月開發(fā)出了配備3臺100W高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的300W級多光束加工頭，而此次開發(fā)的混合式復(fù)合加工機(jī)配備由3臺200W高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器組成的600W級多光束加工頭，能高速精密地為復(fù)雜形狀的部件等鍍銅（圖1）。

以往的激光涂覆PJ的總輸出功率約為100W左右，此次通過增加到600W，可在激光聚焦點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高功率密度，為不銹鋼和鋁等金屬材料鍍銅的速度提高到6倍以上。

通過利用此次開發(fā)的成果，在人接觸的金屬扶手、家具拉手和門把手等上面鍍銅，可實(shí)現(xiàn)降低細(xì)菌和病毒風(fēng)險的公眾衛(wèi)生環(huán)境，還有望應(yīng)用于航空航天和純電動汽車等產(chǎn)業(yè)所需的高精度部件加工。

【1】可高速精密涂覆的混合式復(fù)合加工機(jī)的特征

此次開發(fā)的加工機(jī)配備了由3臺200W高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器構(gòu)成的多光束加工頭。通過提高藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的亮度，除鐵基和鎳基等金屬外，還能以原來6倍以上的高速度涂覆純銅和銅合金等銅材料。另外，激光聚焦點(diǎn)的功率密度也達(dá)到以往的6倍，因此還能實(shí)現(xiàn)以前難以實(shí)現(xiàn)的多層鍍銅。此外還確認(rèn)，掃描一次該加工頭獲得的涂覆區(qū)域的最大寬度原來約為400μｍ，而現(xiàn)在能擴(kuò)大至1000μｍ左右。采用該加工頭的話，通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(shí)現(xiàn)變形小的精密涂覆。

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(zhuǎn)軸，配備到具備工具旋轉(zhuǎn)功能的混合式復(fù)合加工機(jī)上，各軸可同時控制5條軸，能為復(fù)雜形狀的部件鍍銅。

【2】可用來實(shí)現(xiàn)降低細(xì)菌和病毒風(fēng)險的公眾衛(wèi)生環(huán)境

關(guān)于設(shè)想了具體用戶的激光涂布技術(shù)開發(fā)，石川縣工業(yè)試驗(yàn)場和大阪富士工業(yè)公司已經(jīng)引進(jìn)根據(jù)NEDO的“高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器及加工技術(shù)開發(fā)”實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的100W高亮度藍(lán)色半導(dǎo)體激光器，并構(gòu)建了鍍銅用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，推進(jìn)了鍍銅零部件的開發(fā)（圖2）。大阪大學(xué)和山崎馬扎克利用此次開發(fā)的加工機(jī)，與石川縣工業(yè)試驗(yàn)場和大阪富士工業(yè)展開了合作，開始瞄準(zhǔn)設(shè)想的用戶，對門把手實(shí)施具有殺菌、抗菌和病毒滅活作用的高速精密激光鍍銅（圖3）。

圖2：為棒狀拉手涂覆，照片：大阪富士工業(yè)公司提供

利用該加工機(jī)，不僅是現(xiàn)有的不銹鋼和鋁制扶手及家具拉手，復(fù)雜形狀的門把手等也能輕松地高速精密鍍銅。另外，該加工機(jī)還可應(yīng)用于各種金屬粉末，例如，隨著開發(fā)具有更高的殺菌、抗菌和病毒滅活作用的銅合金粉末，可以為扶手、拉手及門把手等金屬部件涂覆銅合金。

圖3：為門把手涂覆

NEDO的項(xiàng)目進(jìn)一步推進(jìn)了藍(lán)色半導(dǎo)體激光器的高亮度化，山崎馬扎克計劃2020年底開發(fā)出配備kW級藍(lán)色半導(dǎo)體激光器多光束加工頭、能實(shí)現(xiàn)10倍以上的涂覆速度的混合式復(fù)合加工機(jī)，2021年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。