Laserfremstillingsaktiviteter omfatter i øjeblikket skæring, svejsning, varmebehandling, beklædning, dampaflejring, gravering, indridsning, trimning, udglødning og stødhærdning. Laserfremstillingsprocesser konkurrerer både teknisk og økonomisk med konventionelle og ikke-konventionelle fremstillingsprocesser såsom mekanisk og termisk bearbejdning, buesvejsning, elektrokemisk og elektrisk udladningsbearbejdning (EDM), slibende vandstråleskæring, plasmaskæring og flammeskæring.
Vandstråleskæring er en proces, der bruges til at skære materialer ved hjælp af en stråle af trykvand så høje 60.000 pund per kvadrattomme (psi). Ofte er vandet blandet med en slibende granat, der gør det muligt at skære flere materialer rent til tætte tolerancer, firkantet og med en god kantfinish. Vandstråler er i stand til at skære mange industrielle materialer, herunder rustfrit stål, Inconel, titanium, aluminium, værktøjsstål, keramik, granit og panserplade. Denne proces genererer betydelig støj.
Tabellen, der følger, indeholder en sammenligning af metalskæring ved hjælp af CO2-laserskæringsprocessen og vandstråleskæringsprocessen i industriel materialebearbejdning.
§ Grundlæggende procesforskelle
§ Typiske procesapplikationer og anvendelser
§ Startinvestering og gennemsnitlige driftsomkostninger
§ Præcision af proces
§ Sikkerhedshensyn og driftsmiljø
Grundlæggende procesforskelle
| Emne | Co2 laser | Vandstråleskæring |
| Metode til at give energi | Lys 10,6 m (langt infrarødt område) | Vand |
| Kilde til energi | Gas laser | Højtrykspumpe |
| Hvordan energi overføres | Stråle styret af spejle (flyvende optik); fibertransmission ikke muligt for CO2-laser | Stive højtryksslanger overfører energien |
| Hvordan skæres materiale ud | Gasstråle plus yderligere gas udstøder materiale | En højtryksvandstråle udviser affaldsmateriale |
| Afstand mellem dyse og materiale og maksimal tilladelig tolerance | Cirka 0,2″ 0,004″, afstandssensor, regulering og Z-akse nødvendig | Cirka 0,12″ 0,04″, afstandssensor, regulering og Z-akse nødvendig |
| Fysisk maskinopsætning | Laserkilden er altid placeret inde i maskinen | Arbejdsområdet og pumpen kan placeres separat |
| Udvalg af bordstørrelser | 8′ x 4′ til 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ til 13′ x 6,5′ |
| Typisk stråleudgang ved emnet | 1500 til 2600 watt | 4 til 17 kilowatt (4000 bar) |
Typiske procesapplikationer og anvendelser
| Emne | Co2 laser | Vandstråleskæring |
| Typiske procesanvendelser | Skæring, boring, gravering, ablation, strukturering, svejsning | Skæring, ablation, strukturering |
| 3D materialeskæring | Svært på grund af stiv stråleføring og regulering af afstand | Delvist muligt, da restenergi bag emnet ødelægges |
| Materialer, der kan skæres ved processen | Alle metaller (undtagen højreflekterende metaller), al plast, glas og træ kan skæres | Alle materialer kan skæres ved denne proces |
| Materiale kombinationer | Materialer med forskellige smeltepunkter kan næsten ikke skæres | Muligt, men der er fare for delaminering |
| Sandwichstrukturer med hulrum | Dette er ikke muligt med en CO2-laser | Begrænset evne |
| Skæring af materialer med begrænset eller nedsat adgang | Sjældent muligt på grund af lille afstand og det store laserskærehoved | Begrænset på grund af den lille afstand mellem dysen og materialet |
| Egenskaber ved det afskårne materiale, som påvirker forarbejdningen | Absorptionsegenskaber for materiale ved 10,6m | Materialets hårdhed er en nøglefaktor |
| Materialetykkelse, hvor skæring eller bearbejdning er økonomisk | ~0,12″ til 0,4″ afhængigt af materiale | ~0,4" til 2,0" |
| Almindelige applikationer til denne proces | Skæring af flad stålplade af middel tykkelse til pladebearbejdning | Skæring af sten, keramik og metaller af større tykkelse |
Startinvestering og gennemsnitlige driftsomkostninger
| Emne | Co2 laser | Vandstråleskæring |
| Indledende kapitalinvestering påkrævet | 300.000 $ med en 20 kW pumpe og et 6,5′ x 4′ bord | $300.000+ |
| Dele der bliver slidt | Beskyttelsesglas, gas dyser, plus både støv- og partikelfiltrene | Vandstråledyse, fokuseringsdyse og alle højtrykskomponenter såsom ventiler, slanger og tætninger |
| Gennemsnitligt energiforbrug for komplet skæresystem | Antag en 1500 Watt CO2-laser: Elektrisk strømforbrug: 24-40 kW Lasergas (CO2, N2, He): 2-16 l/t Skæregas (O2, N2): 500-2000 l/t | Antag en 20 kW pumpe: Elektrisk strømforbrug: 22-35 kW Vand: 10 l/t Slibemiddel: 36 kg/t Bortskaffelse af skæreaffald |
Præcision af processen
| Emne | Co2 laser | Vandstråleskæring |
| Minimum størrelse på skærespalten | 0,006″, afhængig af skærehastighed | 0,02" |
| Skåret overflade udseende | Skåret overflade vil vise en stribet struktur | Skærefladen vil se ud til at være sandblæst, afhængig af skærehastigheden |
| Grad af afskårne kanter til helt parallelle | God; lejlighedsvis vil vise koniske kanter | God; der er en "hale" effekt i kurver i tilfælde af tykkere materialer |
| Behandlingstolerance | Cirka 0,002″ | Cirka 0,008″ |
| Grad af grat på snittet | Der forekommer kun delvis afgratning | Der sker ingen afbrænding |
| Termisk belastning af materialet | Deformation, hærdning og strukturelle ændringer kan forekomme i materialet | Der forekommer ingen termisk stress |
| Kræfter, der virker på materialet i retning af gas- eller vandstråle under forarbejdning | Gastryk udgør problemer med tynd emner, afstand ikke kan opretholdes | Høj: tynde, små dele kan således kun bearbejdes i begrænset omfang |
Sikkerhedshensyn og driftsmiljø
| Emne | Co2 laser | Vandstråleskæring |
| Personlig sikkerhedkrav til udstyr | Laserbeskyttelse sikkerhedsbriller er ikke absolut nødvendige | Beskyttende sikkerhedsbriller, høreværn og beskyttelse mod kontakt med højtryksvandstråle er nødvendige |
| Produktion af røg og støv under forarbejdning | Forekommer; plast og nogle metallegeringer kan producere giftige gasser | Ikke anvendelig til vandstråleskæring |
| Støjforurening og fare | Meget lav | Usædvanligt højt |
| Krav til maskinrengøring på grund af procesrod | Lav oprydning | Høj oprydning |
| Skæring af affald produceret af processen | Skæreaffald er hovedsageligt i form af støv, der kræver vakuumudsugning og filtrering | Store mængder skæreaffald opstår på grund af blanding af vand med slibemidler |