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Press Release

次世代レーザー加工技術の研究開発に着手

―素材に適した高品位・高効率加工で次世代ものづくりを支える―
2016年7月12日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
理事長 古川 一夫

NEDOは、高付加価値製品の製造に適した高精度・高品位加工に対応する次世代レーザー加工技術の研究開発に着手します。

素材の特性に合わせた高品位で効率的なレーザー加工を目指して、光源技術や加工プロセス技術、加工システム技術、シミュレーション技術、センシング・評価技術などを産学官連携で体系的に開発することで、従来のレーザー加工プロセス開発の大幅な簡略化・効率化を実現し、次世代の日本のものづくりを支えます。

  • 図:プロジェクトの全体像

1.概要

将来のものづくり現場では、あらゆるモノがインターネットでつながるIoT(Internet of Things)や人工知能のさらなる活用により、クラウドを通じた工作機器の連携と、人工知能を駆使した自動化・無人化が進むと考えられます。照射強度や時間などを制御し易いレーザー加工は、こうした将来のものづくりにおける最重要ツールの一つとして期待されます。しかし、切断、穴あけ、溶接、接合などに広く用いられている現行のレーザー加工技術は、消費電力や加工処理能力、加工精度や品位の観点から課題を抱えているのが現状です。日本のものづくり競争力を将来にわたって維持していくためには、産学官の英知を集結して高付加価値製品の製造に適した高精度・高品位加工に対応する次世代レーザー加工システムを開発し、早期実用化を進め、ものづくり現場へ広く普及させる必要があります。

今般、NEDOは、「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発」(2016~2020年度)において、高付加価値製品の製造に適した高精度・高品位加工に対応する次世代レーザー加工技術の研究開発に着手します。

本プロジェクトでは、素材の特性に合わせた高品位で効率的なレーザー加工の実現に向け、光源技術や加工プロセス技術、加工システム技術、シミュレーション技術、センシング・評価技術などを産学官連携で体系的に開発します。これらの技術を組み合わせることにより、経験に頼った従来のレーザー加工プロセス開発の大幅な簡略化・効率化を可能にする実用的なレーザー加工プラットフォームを構築し、世界に先駆けてものづくり現場へ普及させることを目指します。また、日本の強みである先端素材に適した高精度・高品位な加工を提供することで、新産業革命をリードする日本の次世代ものづくりを支えます。

2.採択テーマと委託予定先

「高品位レーザー加工技術の開発」、「高出力レーザーによる加工技術の開発」、「次世代レーザー及び加工の共通基盤技術開発」、これら3つの研究開発項目については、産学連携体制で体系的に開発を実施します。

【1】高品位レーザー加工技術の開発

赤外光から深紫外光への波長変換効率や耐高光入力特性に優れる光学結晶の高品質化・低コスト化技術および赤外域で発振するピコ秒※1パルスファイバーレーザーの高出力化技術を開発し、これらを一体化することにより、素材の特性に合った高精度かつ高品位なレーザー加工を可能とする、短波長・短パルスレーザーの実用化を目指します。また、開発した短波長・短パルスレーザーおよび加工モニタリング機能を組み込んだレーザー加工システムを実用化し、研究開発項目【3】と連携して先駆的な高精度・高品位レーザー加工に関する技術開発を体系的に推し進めます。

【2】高出力レーザーによる加工技術の開発

高出力励起レーザーモジュール技術、固体光増幅器技術、高効率冷却技術を開発し、100ジュール(J)※2級の非常に高いパルスエネルギーのレーザーを実現します。その出力を素材へ照射し表面が瞬時にプラズマ化することで生じる衝撃波を、従来の機械加工では生産性や再現性が期待できない表面改質(ピーニング)や成型(フォーミング)、表面クリーニングなどへ応用することを目指します。また、研究開発項目【3】と連携して高パルスエネルギーレーザーによる加工現象を高精度モニタリングする技術を開発し、最適加工条件の実用的な導出手法確立を目指します。

【3】次世代レーザー及び加工の共通基盤技術開発

レーザー加工現象を解明し素材の特性に合った高品位かつ効率的な加工を実現するため、発振パラメータを広範に制御可能なレーザー、加工状態を非破壊非接触でその場観察可能なセンシングシステム、およびこれらを組み込んだレーザー加工システムを研究開発項目【1】【2】と連携して開発し、系統的な加工・評価を通じて得られる結果をデータベース化するレーザー加工プラットフォームを構築します。また、加工状態を高精度に予測するためのモデリングやシミュレーション、分析評価などの共通基盤技術を開発します。さらに、今後成長が期待されるレーザー加工応用分野や先端機能素材、レーザー加工システムの動向に関する調査研究を行います。

【委託予定先】国立大学法人東京大学、三菱電機株式会社、国立大学法人大阪大学、スペクトロニクス株式会社、浜松ホトニクス株式会社、ギガフォトン株式会社、国立研究開発法人産業技術総合研究所

また、上記【1】~【3】に加え研究開発項目【4】として、将来のレーザー加工技術に資する新しいレーザー構造創出や波長域開拓に向けて、日本が強い半導体レーザーダイオード技術を始めとする光源基盤技術・周辺要素技術の開発を実施し、加工をはじめとする幅広い応用を探ります。

【4】次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発

採択テーマ 委託予定先
フォトニック結晶レーザーの短パルス化・短波長化 国立大学法人京都大学
スタンレー電気株式会社
高品質AlN※3結晶基板を用いた最短波長領域高出力深紫外LD※4の研究開発 国立研究開発法人理化学研究所
国立大学法人山口大学
高効率加工用GaN※5系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発 パナソニック株式会社
高出力・高ビーム品質動作を可能とする新型面発光レーザーの研究開発 国立大学法人東京工業大学
富士ゼロックス株式会社
高効率・高出力量子ドットレーザーの研究開発 国立大学法人東京大学
三菱電機株式会社
革新的小型・高効率UV※6レーザー光源の開発 株式会社金門光波
国立大学法人大阪大学
公益財団法人レーザー技術総合研究所

【用語解説】

※1 ピコ秒
時間の単位で、1兆分の1秒です。
※2 ジュール(J)
エネルギーの単位です。
※3 AlN
窒化アルミニウム(aluminum nitride)の略称で、III族元素のアルミニウムとV族元素の窒素からなる化合物半導体です。波長が短く目に見えない紫外の波長域で効率よく発光する特性を備えることから、紫外線レーザーへの応用が期待されています。熱伝導率の高い材料としても知られています。
※4 LD
レーザーダイオード(laser diode)の略称で、電流注入によりレーザー発振する2端子の化合物光半導体デバイスです。半導体レーザーとも呼ばれます。
※5 GaN
窒化ガリウム(gallium nitride)の略称で、III族元素のガリウムとV族元素の窒素からなる化合物半導体です。青の波長域で効率よく発光する特性を備えることから青色レーザーダイオードに広く用いられるほか、優れた耐高電圧特性を活かしてのパワー半導体デバイスへも応用されています。
※6 UV
紫外線(ultraviolet)の略称です。

3.問い合わせ先

(本ニュースリリースの内容についての問い合わせ先)

NEDO IoT推進部 担当:須永、加藤、服部、小田切 TEL:044-520-5211

(その他NEDO事業についての一般的な問い合わせ先)

NEDO 広報部 担当:髙津佐、坂本、佐藤、藤本 TEL:044-520-5151 E-mail:nedo_press@ml.nedo.go.jp