チタンのレーザー加工について

このページでは「チタン」のレーザー加工について種類や特徴、チタンを素材としてレーザー加工を行うメリット・デメリットなどをまとめて解説しています。レーザー加工機の導入を検討する際にも参考としてご活用ください。

加工におけるチタンの特徴

チタンはとても軽く強度も高く、優れた耐食性や生体適合性といった特徴を有しているレアメタルです。そのためチタンは様々な分野で活用されている一方、高価であり、さらに高強度のため切削加工などを行いにくい難削材ということも無視できません。

チタンを高精度で加工しようと思えば、適正な加工性能を十分に備えた加工機はもちろんとして、きちんとした技術を持っている職人や加工会社へ依頼することが大切です。

本サイトではチタン加工におすすめなレーザー加工機を、生産規模別にご紹介しています。
少量生産・大量生産のカテゴリからぜひチェックしてみてください。

チタンのメリット

強度に優れている

チタンの持つメリットの1つが、高強度であるという点です。

チタンは鉄や銅、アルミニウムなどの金属に対して数倍という高い強度を有しており、破損したり摩耗したりといったリスクにも備えやすい金属といえます。そのため安全性が求められる分野や、長期的な利用を前提とした商品のパーツ素材などにも活用されており、素材としての利便性や応用性に優れていることがポイントです。

とても軽い金属である

チタンの大きな特徴として「軽量である」という点も重要です。

チタンは強度に優れていながら他の金属に対して軽いことがメリットであり、高強度と軽量化の2つのニーズを同時に叶えることができます。

また、チタンには純度99.999％超の純チタンだけでなく、チタンと他の金属を融合させたチタン合金もあり、チタンの軽量性を活かしつつ強度をさらに高めるといった方法もあります。

耐食性に優れている

耐食性に優れており、錆びにくいという点もチタンのメリットです。

高強度に加えて錆びにくいチタンは長期的な利用や、雨や海水、血液などにさらされやすい場面での利用などに適しています。そのためチタンは様々な環境において活用することができ、工業分野から医療分野まで幅広いシーンに合わせた使い道を検討することが可能です。

なお、チタンと同程度の耐食性を持つ金属に白金があります。

安全性が高く、体に優しい金属である

チタンの持つ優れた生体適合性も大きなメリットです。

生体適合性とは人体や動物の体に対する適応性であり、簡単にいえばチタンは人の体に優しい金属であるといえます。

そのため、チタンは人工関節など体内に埋め込む医療機器や医療部品の素材としても活用されており、金属アレルギーなどのリスクを抑えながらメリットを追求していけます。

チタンのデメリット

素材が高価で生産コストも高い

チタンはレアメタルであり、金属素材としてそもそも高価である点がデメリットです。

また、高強度のチタンは切削加工などを行いにくく、ニーズに対して適切な加工を行うためには色々な条件が求められることも重要です。これによりチタンは加工コストが高く、トータルの生産コストも上がりやすくなってしまうことは無視できません。

加工が難しく、難削材に分類される

チタンは強度が高く環境による影響やダメージを受けにくいことが特徴です。しかし見方を変えれば外側からの力や加工に対しても抵抗性が高いということであり、金属素材として加工が難しいことはデメリットです。

チタンは一般的に難削材として分類されており、金属加工機などによって切削加工や穴あけ加工を行おうとすれば、適切な機械性能を有している加工機を用意するだけでなく、チタン加工について経験を持った職人や加工ロボットなどを利用することが欠かせません。

レーザーでできるチタン加工の
種類

切断

チタンに対するレーザー加工としては、まず切断加工が挙げられます。

チタンは強度が高いため、直接的に加工機でチタンを切断しようとしても、加工機にダメージが返ってきてマシンを破壊してしまうリスクが高まってしまいます。そのため、現在のチタンの切断加工ではレーザー加工機がしばしば使われることもポイントです。

また、チタンは強度が高いものの加工時に変形しやすいといった性質もあり、工具を押しつけて加工する接触型のタイプでなく、レーザー加工機のような非接触型の加工が適していることも重要です。

マーキング・彫刻

加工が難しいとされるチタンですが、レーザー加工機を利用することで素材表面にマーキングを施したり、彫刻を行ったりといった加工が可能となります。

切断加工の時と同様にチタンは難削材であり、接触加工によって対応しようとすると、工具の摩耗や破損リスクを高めてしまいます。そのためチタンの加工にはレーザー加工やワイヤー加工といった加工法が利用されやすいことも特徴です。

ただし、チタンのレーザー加工においては、レーザー光がチタン表面で反射し、加工機器にダメージを与えるリスクがあるため、十分な知識と高度な技術が求められます。

溶接

溶接加工とは熱や電気、レーザーといったエネルギーを金属素材に当てて、同じ金属を接合させたり、異なる金属素材を溶着させたりする加工法です。

チタンへの溶接には一般的にアーク溶接の1種であるTIG溶接が行われていますが、レーザー加工機による溶接が行われることもあります。

チタン加工において溶接は困難とされる加工の1つであり、低温溶接でも空気中の水素や酸素と反応して脆化してしまうことが特徴です。そのため、シールドガスを使って大気と遮断して行うことがポイントです。

チタンのレーザー加工で
注意すべきポイント

チタンのレーザー加工で注意すべきポイントは、素材の特性にあります。チタンは熱伝導率が低く、熱が集中しやすい特性があるため、適切な冷却管理が必要です。酸化を防ぐために保護ガスを使用することも重要です。

加工時にチタンがレーザーの光を反射して加工機が損傷してしまう可能性があるため、チタンの加工に対応しているレーザー加工機を選びましょう。安定した動作を維持するために定期的な調整とメンテナンスも大切です。

チタン加工をアウトソースする前に
よくある悩み

チタン加工は難削材であることに加えて、加工条件によって仕上がりやコストが大きく変わりやすい素材です。そのためアウトソースを検討する際、次のような「あるある」で悩まれるケースも少なくありません。

• 見積りが案件ごとに変わり、コスト感がつかみにくい
• 納期が読めず、試作や仕様変更のたびにスケジュールが押してしまう
• 小ロットだと単価が上がりやすく、追加工のたびに手配が増える
• 加工条件が委託先依存になり、品質のばらつきが不安になる
• 図面や仕様など機密性の高い情報を外部に出すことに抵抗がある

こうした課題は「依頼先の問題」というよりも、チタン加工の特性上、外注ではコントロールしにくい部分があることが要因です。そこで検討したい選択肢の1つが、レーザー加工機の導入による内製化です。

レーザー加工機を導入すると
チタン加工はどう変わる？

レーザー加工機は非接触で加工できるため、難削材であるチタンでも加工方法との相性がよいケースがあります。もちろん設備投資や運用体制の検討は必要ですが、導入によって次のようなメリットを得られる可能性があります。

導入によって得られる主なメリット

納期短縮につながり、試作や仕様変更に強くなる

外注では見積り・手配・納期調整が必要になるため、試作や微調整が重なるとリードタイムが延びやすくなります。レーザー加工機を導入して社内で加工できるようになれば、加工待ちの時間を減らし、スピード感を持って改善や修正に対応しやすくなります。

小ロット・多品種の加工を社内で回しやすい

チタン加工は小ロットだと単価が上がりやすく、追加工や再手配が発生するとコストも工数も増えがちです。内製化によって段取り替えの負担を抑えられれば、小ロットや多品種でも社内で柔軟に対応しやすくなります。

加工条件を社内に蓄積でき、品質の安定につながる

加工条件（出力や速度、ガス条件など）を社内で管理できるようになると、案件ごとの条件出しが資産化しやすくなります。属人的な対応に頼り切らず、条件を標準化していくことで、品質の安定化も目指せます。

機密性の高い案件でも進めやすい

図面や仕様など外部に出したくない情報を扱う場合、外注は心理的なハードルになることもあります。社内加工の体制を整えることで、情報管理の面でも安心感を持ちやすくなります。

ただし、チタンのレーザー加工は反射や酸化など注意点もあるため、対応機種の選定や運用設計が欠かせません。だからこそ、用途や生産規模に合った加工機を選ぶことが重要です。

アウトソースと導入（内製化）
判断の分かれ目

チタン加工は「外注が正解」「内製が正解」と一概には言えません。以下のように、目的や案件の傾向によって向き・不向きが分かれます。

比較項目	アウトソース	導入（内製化）
初期費用	設備投資が不要	設備投資・設置環境の検討が必要
納期	委託先の稼働状況に左右されやすい	社内で調整しやすく、試作・修正が早い
小ロット対応	単価が上がりやすい／最低ロットの制約が出ることも	段取りが回れば柔軟に対応しやすい
品質の安定	加工条件が委託先依存になりやすい	条件を社内で標準化・蓄積しやすい
対応範囲	依頼先の得意領域に合わせる必要がある	切断・マーキングなどを社内工程として組み込みやすい（機種による）
運用負荷	発注・見積り・納期調整の工数が発生	教育・保全・条件管理など運用体制が必要
機密性	外部共有が必要になる	社内で完結しやすい

「試作が多い」「短納期が多い」「小ロット案件が継続してある」といった場合は、導入によって得られるメリットが大きくなる可能性があります。次のカテゴリから、生産規模に合わせて加工機を比較してみてください。