تشمل أنشطة التصنيع بالليزر حاليًا القطع واللحام والمعالجة الحرارية والكسوة وترسيب البخار والنقش والنقش والتشذيب والتليين والتصلب بالصدمات. تتنافس عمليات التصنيع بالليزر تقنيًا واقتصاديًا مع عمليات التصنيع التقليدية وغير التقليدية مثل الآلات الميكانيكية والحرارية، واللحام القوسي، والآلات الكهروكيميائية، والتفريغ الكهربائي (EDM)، والقطع بنفث الماء الكاشطة، والقطع بالبلازما، والقطع باللهب.
القطع بنفث الماء هي عملية تستخدم لقطع المواد باستخدام نفاثة من الماء المضغوط يصل ارتفاعها إلى 60.000 رطل لكل بوصة مربعة (psi). في كثير من الأحيان، يتم خلط الماء بمادة كاشطة مثل العقيق الذي يتيح قطع المزيد من المواد بشكل نظيف لإغلاق التفاوتات، بشكل مباشر وبلمسة نهائية جيدة. نفاثات المياه قادرة على قطع العديد من المواد الصناعية بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ، والإنكونيل، والتيتانيوم، والألومنيوم، وفولاذ الأدوات، والسيراميك، والجرانيت، والصفائح المدرعة. تولد هذه العملية ضوضاء كبيرة.
يحتوي الجدول التالي على مقارنة بين قطع المعادن باستخدام عملية القطع بليزر ثاني أكسيد الكربون وعملية القطع بنفث الماء في معالجة المواد الصناعية.
§ الاختلافات العملية الأساسية
§ تطبيقات واستخدامات العملية النموذجية
§ الاستثمار الأولي ومتوسط تكاليف التشغيل
§ دقة العملية
§ اعتبارات السلامة وبيئة التشغيل
الاختلافات العملية الأساسية
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | قطع المياه النفاثة |
| طريقة نقل الطاقة | الضوء 10.6 م (نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة) | ماء |
| مصدر للطاقة | ليزر غازي | مضخة الضغط العالي |
| كيف تنتقل الطاقة | شعاع موجه بالمرايا (البصريات الطائرة) ؛ نقل الألياف لا من الممكن استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون | تنقل خراطيم الضغط العالي الصلبة الطاقة |
| كيف يتم طرد المواد المقطوعة | نفث الغاز، بالإضافة إلى غاز إضافي يطرد المواد | تعمل نفاثات المياه ذات الضغط العالي على طرد النفايات |
| المسافة بين الفوهة والمادة والحد الأقصى المسموح به للتسامح | حوالي 0.2″ 0.004″، مستشعر المسافة والتنظيم والمحور Z ضروري | ما يقرب من 0.12 ″ 0.04 ″ ، مستشعر المسافة والتنظيم والمحور Z ضروري |
| الإعداد المادي للآلة | يوجد مصدر الليزر دائمًا داخل الجهاز | يمكن وضع منطقة العمل والمضخة بشكل منفصل |
| مجموعة من أحجام الجدول | 8 × 4 بوصة إلى 20 بوصة × 6.5 بوصة | 8 × 4 بوصة إلى 13 بوصة × 6.5 بوصة |
| خرج شعاع نموذجي في الشغل | 1500 إلى 2600 واط | 4 إلى 17 كيلووات (4000 بار) |
تطبيقات واستخدامات العملية النموذجية
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | قطع المياه النفاثة |
| استخدامات العملية النموذجية | القطع، الحفر، النقش، الاجتثاث، الهيكلة، اللحام | القطع، الاجتثاث، الهيكلة |
| قطع المواد ثلاثية الأبعاد | صعب بسبب توجيه الشعاع الصلب وتنظيم المسافة | ممكن جزئيًا نظرًا لتدمير الطاقة المتبقية خلف قطعة العمل |
| المواد التي يمكن قطعها بهذه العملية | يمكن قطع جميع المعادن (باستثناء المعادن شديدة الانعكاس) وجميع أنواع البلاستيك والزجاج والخشب | يمكن قطع جميع المواد من خلال هذه العملية |
| مجموعات المواد | بالكاد يمكن قطع المواد ذات نقاط انصهار مختلفة | ممكن، ولكن هناك خطر التصفيح |
| هياكل ساندويتش مع تجاويف | وهذا غير ممكن باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون | قدرة محدودة |
| قطع المواد ذات الوصول المحدود أو الضعيف | نادرًا ما يكون ذلك ممكنًا بسبب المسافة الصغيرة ورأس القطع بالليزر الكبير | محدود بسبب المسافة الصغيرة بين الفوهة والمادة |
| خصائص المواد المقطوعة التي تؤثر على المعالجة | خصائص امتصاص المواد عند 10.6 م | صلابة المواد هي عامل رئيسي |
| سمك المادة الذي يكون فيه القطع أو المعالجة اقتصاديًا | ~0.12″ إلى 0.4″ حسب المادة | ~0.4″ إلى 2.0″ |
| التطبيقات الشائعة لهذه العملية | قطع الصفائح الفولاذية المسطحة ذات السماكة المتوسطة لمعالجة الصفائح المعدنية | قطع الحجر والسيراميك والمعادن ذات سمك أكبر |
الاستثمار الأولي ومتوسط تكاليف التشغيل
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | قطع المياه النفاثة |
| مطلوب استثمار رأس المال الأولي | 300000 دولار مع مضخة بقدرة 20 كيلوواط وطاولة مقاس 6.5 × 4 بوصات | 300000 دولار+ |
| الأجزاء التي سوف تبلى | زجاج واقي، غاز الفوهات، بالإضافة إلى مرشحات الغبار والجسيمات | فوهة نفث الماء، وفوهة التركيز، وجميع المكونات ذات الضغط العالي مثل الصمامات والخراطيم والأختام |
| متوسط استهلاك الطاقة لنظام القطع الكامل | افترض وجود ليزر ثاني أكسيد الكربون بقدرة 1500 وات: استخدام الطاقة الكهربائية: 24-40 كيلو واط غاز الليزر (CO2، N2، He): 2-16 لتر/ساعة قطع الغاز (O2، N2): 500-2000 لتر/ساعة | افترض مضخة بقدرة 20 كيلو واط: استخدام الطاقة الكهربائية: 22-35 كيلو واط الماء: 10 لتر/ساعة جلخ: 36 كجم/ساعة التخلص من قطع النفايات |
دقة العملية
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | قطع المياه النفاثة |
| الحد الأدنى لحجم شق القطع | 0.006″، حسب سرعة القطع | 0.02″ |
| قطع مظهر السطح | سوف يظهر سطح القطع بنية مخططة | سيبدو سطح القطع وكأنه تم تفجيره بالرمل، اعتمادًا على سرعة القطع |
| درجة حواف القطع متوازية تمامًا | جيد؛ في بعض الأحيان سوف تظهر حواف مخروطية | جيد؛ هناك تأثير "ذيل" في المنحنيات في حالة المواد السميكة |
| معالجة التسامح | حوالي 0.002 ″ | حوالي 0.008 ″ |
| درجة الحرق على القطع | يحدث حرق جزئي فقط | لا يحدث لدغ |
| الإجهاد الحراري للمواد | قد يحدث تشوه وتلطيف وتغييرات هيكلية في المادة | لا يحدث أي إجهاد حراري |
| القوى المؤثرة على المادة في اتجاه نفث الغاز أو الماء أثناء المعالجة | وضعيات ضغط الغاز مشاكل مع رقيقة قطع العمل، المسافة لا يمكن الحفاظ عليها | عالية: وبالتالي لا يمكن معالجة الأجزاء الرفيعة والصغيرة إلا بدرجة محدودة |
اعتبارات السلامة وبيئة التشغيل
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | قطع المياه النفاثة |
| السلامة الشخصيةمتطلبات المعدات | نظارات السلامة للحماية من الليزر ليست ضرورية على الإطلاق | هناك حاجة إلى نظارات السلامة الواقية، وحماية الأذن، والحماية من ملامسة نفث الماء عالي الضغط |
| إنتاج الدخان والغبار أثناء المعالجة | هل يحدث؛ قد تنتج المواد البلاستيكية وبعض السبائك المعدنية غازات سامة | لا ينطبق على قطع المياه النفاثة |
| التلوث الضوضائي وخطورته | منخفض جدًا | عالية بشكل غير عادي |
| متطلبات تنظيف الآلة بسبب الفوضى في العملية | تنظيف منخفض | تنظيف عالي |
| قطع النفايات الناتجة عن هذه العملية | يتم قطع النفايات بشكل أساسي على شكل غبار يتطلب عملية استخلاص وتصفية بالتفريغ | تحدث كميات كبيرة من مخلفات القطع بسبب خلط الماء مع المواد الكاشطة |