Лазерните производствени дейности понастоящем включват рязане, заваряване, топлинна обработка, облицовка, отлагане на пари, гравиране, надписване, подрязване, отгряване и ударно закаляване. Лазерните производствени процеси се конкурират както технически, така и икономически с конвенционалните и неконвенционалните производствени процеси като механична и термична обработка, електродъгово заваряване, електрохимична обработка и обработка с електроразряд (EDM), рязане с абразивна водна струя, плазмено рязане и пламъчно рязане.
Рязането с водна струя е процес, използван за рязане на материали с помощта на струя вода под налягане с висока мощност 60 000 паунда на квадратен инч (psi). Често водата се смесва с абразив като гранат, който позволява чистото рязане на повече материали до близки допуски, право и с добро покритие на ръбовете. Водните струи са способни да режат много индустриални материали, включително неръждаема стомана, инконел, титан, алуминий, инструментална стомана, керамика, гранит и бронирана плоча. Този процес генерира значителен шум.
Таблицата, която следва, съдържа сравнение на рязане на метал с помощта на процес на рязане с CO2 лазер и процес на рязане с водна струя при промишлена обработка на материали.
§ Основни разлики в процесите
§ Типични приложения и употреби на процеси
§ Първоначална инвестиция и средни оперативни разходи
§ Прецизност на процеса
§ Съображения за безопасност и работна среда
Фундаментални разлики в процеса
| Предмет | Co2 лазер | Рязане с водна струя |
| Метод за предаване на енергия | Светлина 10,6 m (далечен инфрачервен обхват) | вода |
| Източник на енергия | Газов лазер | Помпа за високо налягане |
| Как се предава енергията | Лъч, направляван от огледала (летяща оптика); влакнесто предаване не приложимо за CO2 лазер | Твърдите маркучи за високо налягане предават енергията |
| Как се изхвърля нарязаният материал | Газова струя плюс допълнителен газ изхвърля материала | Водна струя под високо налягане изхвърля отпадъчния материал |
| Разстояние между дюзата и материала и максимално допустим толеранс | Приблизително 0,2″ 0,004″, необходими са сензор за разстояние, регулиране и Z-ос | Приблизително 0,12″ 0,04″, необходими са сензор за разстояние, регулиране и Z-ос |
| Физическа настройка на машината | Лазерният източник винаги се намира вътре в машината | Работната зона и помпата могат да бъдат разположени отделно |
| Гама от размери на масата | 8′ x 4′ до 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ до 13′ x 6,5′ |
| Типичен изходен лъч на детайла | 1500 до 2600 вата | 4 до 17 киловата (4000 бара) |
Типични приложения и употреби на процеси
| Предмет | Co2 лазер | Рязане с водна струя |
| Типични употреби в процеса | Рязане, пробиване, гравиране, аблация, структуриране, заваряване | Рязане, аблация, структуриране |
| 3D рязане на материал | Трудно поради твърдото водене на лъча и регулирането на разстоянието | Частично възможно, тъй като остатъчната енергия зад детайла е унищожена |
| Материали, които могат да се режат чрез процеса | Могат да се режат всички метали (с изключение на силно отразяващи метали), всички пластмаси, стъкло и дърво | Всички материали могат да се режат чрез този процес |
| Комбинации от материали | Материали с различни точки на топене едва се режат | Възможно е, но има опасност от разслояване |
| Сандвич структури с кухини | Това не е възможно с CO2 лазер | Ограничена способност |
| Рязане на материали с ограничен или затруднен достъп | Рядко е възможно поради малкото разстояние и голямата лазерна режеща глава | Ограничено поради малкото разстояние между дюзата и материала |
| Свойства на изрязания материал, които влияят върху обработката | Абсорбционни характеристики на материала на 10.6m | Твърдостта на материала е ключов фактор |
| Дебелина на материала, при която рязането или обработката са икономични | ~0,12″ до 0,4″ в зависимост от материала | ~0,4″ до 2,0″ |
| Често срещани приложения за този процес | Рязане на плоска ламарина със средна дебелина за обработка на ламарина | Рязане на камък, керамика и метали с по-голяма дебелина |
Първоначална инвестиция и средни експлоатационни разходи
| Предмет | Co2 лазер | Рязане с водна струя |
| Необходима е първоначална капиталова инвестиция | $300 000 с помпа от 20 kW и маса 6,5′ x 4′ | $300 000+ |
| Части, които ще се износват | Защитно стъкло, газ дюзи, както и филтри за прах и частици | Водоструйна дюза, фокусираща дюза и всички компоненти за високо налягане като клапани, маркучи и уплътнения |
| Средна консумация на енергия за пълна система за рязане | Да приемем 1500 W CO2лазер: Използване на електрическа енергия: 24-40 kW Лазерен газ (CO2, N2, He): 2-16 л/ч Газ за рязане (O2, N2): 500-2000 л/ч | Да приемем помпа с мощност 20 kW: Използване на електрическа енергия: 22-35 kW Вода: 10 л/ч Абразив: 36 кг/ч Изхвърляне на отпадъци от рязане |
Прецизност на процеса
| Предмет | Co2 лазер | Рязане с водна струя |
| Минимален размер на режещия процеп | 0,006″, в зависимост от скоростта на рязане | 0,02 инча |
| Външен вид на изрязана повърхност | Отрязаната повърхност ще покаже набраздена структура | Повърхността на рязане ще изглежда като пясъкоструйна, в зависимост от скоростта на рязане |
| Степен на изрязаните ръбове до напълно успоредни | добър; понякога ще демонстрира конични ръбове | добър; има ефект на „опашка“ в кривите в случай на по-дебели материали |
| Толерантност на обработка | Приблизително 0,002 инча | Приблизително 0,008 инча |
| Степен на изглаждане на среза | Получава се само частично изглаждане | Не се получава напукване |
| Термично напрежение на материала | В материала могат да възникнат деформация, темпериране и структурни промени | Не възниква термичен стрес |
| Сили, действащи върху материала по посока на газова или водна струя по време на обработка | Пози за налягане на газ проблеми с тънките детайли, разстояние не може да се поддържа | Високо: тънките, малки части могат да бъдат обработвани само в ограничена степен |
Съображения за безопасност и работна среда
| Предмет | Co2 лазер | Рязане с водна струя |
| Лична безопасностизисквания към оборудването | Предпазните очила за лазерна защита не са абсолютно необходими | Необходими са предпазни очила, наушници и защита срещу контакт с водна струя под високо налягане |
| Образуване на дим и прах по време на обработка | Среща се; пластмасите и някои метални сплави могат да произвеждат токсични газове | Не е приложимо за рязане с водна струя |
| Шумово замърсяване и опасност | Много ниско | Необичайно високо |
| Изисквания за машинно почистване поради бъркотия в процеса | Ниско почистване | Високо почистване |
| Рязане на отпадъци, произведени от процеса | Отпадъците от рязане са предимно под формата на прах, който изисква вакуумна екстракция и филтриране | Големи количества отпадъци от рязане се получават поради смесване на вода с абразиви |