Actualmente, las actividades de fabricación de láser incluyen corte, soldadura, tratamiento térmico, revestimiento, deposición de vapor, grabado, escribas, recortes, recocido y endurecimiento por choque. Los procesos de fabricación de láser compiten tanto técnica como económicamente con procesos de fabricación convencionales y no convencionales, como mecanizado mecánico y térmico, soldadura por arco, mecanizado electroquímico y de descarga eléctrica (EDM), corte de chorro de agua abrasivo, corte de plasma y corte de llamas.
El corte de chorro de agua es un proceso utilizado para cortar materiales utilizando un chorro de agua presurizada como altas de 60,000 libras por pulgada cuadrada (psi). A menudo, el agua se mezcla con un abrasivo como granate que permite que se corten más materiales limpiamente para cerrar tolerancias, directamente y con un buen acabado de borde. Los chorros de agua son capaces de cortar muchos materiales industriales, como acero inoxidable, inconel, titanio, aluminio, acero para herramientas, cerámica, granito y placa de armadura. Este proceso genera un ruido significativo.
La tabla que sigue contiene una comparación del corte de metal utilizando el proceso de corte con láser CO2 y el proceso de corte de chorro de agua en el procesamiento de materiales industriales.
§ Diferencias de proceso fundamentales
§ Aplicaciones y usos de procesos típicos
§ Inversión inicial y costos operativos promedio
§ Precisión del proceso
§ Consideraciones de seguridad y entorno operativo
Diferencias de proceso fundamentales
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte de chorro de agua |
| Método para impartir energía | Luz de 10.6 m (rango infrarrojo lejano) | Agua |
| Fuente de energía | Láser de gas | Bomba de alta presión |
| Cómo se transmite la energía | Haz guiado por espejos (óptica voladora); transmisión de fibra no factible para el láser de CO2 | Las mangueras rígidas de alta presión transmiten la energía |
| Cómo se expulsa el material cortado | Chorro de gas, más el material adicional de expulsión de gas | Un chorro de agua de alta presión expulsa material de desecho |
| Distancia entre la boquilla y el material y la tolerancia máxima permitida | Aproximadamente 0.2 ″ 0.004 ″, sensor de distancia, regulación y eje z necesario | Aproximadamente 0.12 ″ 0.04 ″, sensor de distancia, regulación y eje z necesario |
| Configuración de la máquina física | Fuente láser siempre ubicada dentro de la máquina | El área de trabajo y la bomba se pueden ubicar por separado |
| Rango de tamaños de mesa | 8 'x 4' a 20 ′ x 6.5 ′ | 8 'x 4' a 13 ′ x 6.5 ′ |
| Salida de haz típica en la pieza de trabajo | 1500 a 2600 vatios | 4 a 17 kilovatios (4000 bar) |
Aplicaciones y usos de procesos típicos
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte de chorro de agua |
| Usos de proceso típicos | Corte, perforación, grabado, ablación, estructuración, soldadura | Corte, ablación, estructuración |
| Corte de material 3D | Difícil debido a la guía de haz rígido y la regulación de la distancia | Parcialmente posible ya que la energía residual detrás de la pieza de trabajo se destruye |
| Los materiales pueden ser cortados por el proceso | Todos los metales (excluyendo metales altamente reflectantes), se pueden cortar todos los plásticos, el vidrio y la madera | Todos los materiales pueden ser cortados por este proceso |
| Combinaciones de materiales | Los materiales con diferentes puntos de fusión apenas se pueden cortar | Posible, pero existe un peligro de delaminación |
| Estructuras de sándwich con cavidades | Esto no es posible con un láser de CO2 | Capacidad limitada |
| Cortar materiales con acceso limitado o deteriorado | Rara vez es posible debido a la pequeña distancia y la cabeza de corte láser grande | Limitado debido a la pequeña distancia entre la boquilla y el material |
| Propiedades del material de corte que influye en el procesamiento | Características de absorción del material a 10,6 m | La dureza del material es un factor clave |
| Espesor del material en el que el corte o el procesamiento es económico | ~ 0.12 ″ a 0.4 ″ dependiendo del material | ~ 0.4 ″ a 2.0 ″ |
| Aplicaciones comunes para este proceso | Corte de acero plano de grosor medio para el procesamiento de chapa | Corte de piedra, cerámica y metales de mayor espesor |
Inversión inicial y costos operativos promedio
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte de chorro de agua |
| Requerido la inversión de capital inicial | $ 300,000 con una bomba de 20 kW y una mesa de 6.5 ′ x 4 ' | $ 300,000+ |
| Piezas que se desgastarán | Vidrio protector, gas boquillas, más el polvo y los filtros de partículas | Boquilla de chorro de agua, boquilla de enfoque y todos los componentes de alta presión, como válvulas, mangueras y sellos. |
| Consumo promedio de energía del sistema de corte completo | Suponga un co22laser de 1500 vatios: Uso de energía eléctrica: 24-40 kW Gas láser (CO2, N2, HE): 2-16 L/H Gas de corte (O2, N2): 500-2000 L/H | Suponga una bomba de 20 kW: Uso de energía eléctrica: 22-35 kW Agua: 10 L/H Abrasivo: 36 kg/h Eliminación de los desechos de corte |
Precisión del proceso
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte de chorro de agua |
| Tamaño mínimo de la ranura de corte | 0.006 ″, dependiendo de la velocidad de corte | 0.02 ″ |
| Apariencia de la superficie cortada | La superficie de corte mostrará una estructura estriada | La superficie de corte parecerá haber sido explotada por la arena, dependiendo de la velocidad de corte |
| Grado de bordes cortados a completamente paralelo | Bien; ocasionalmente demostrará bordes cónicos | Bien; Hay un efecto "de cola" en las curvas en el caso de materiales más gruesos. |
| Tolerancia al procesamiento | Aproximadamente 0.002 ″ | Aproximadamente 0.008 ″ |
| Grado de burbrito en el corte | Solo se produce el hambruna parcial | No ocurre un hambruna |
| Estrés térmico del material | La deformación, el temple y los cambios estructurales pueden ocurrir en el material | No se produce estrés térmico |
| Fuerzas que actúan sobre el material en dirección de gas o chorro de agua durante el procesamiento | Poses de presión de gas Problemas con delgada piezas de trabajo, distancia no se puede mantener | Alto: las piezas delgadas y pequeñas solo se pueden procesar en grado limitado |
Consideraciones de seguridad y entorno operativo
| Sujeto | Láser de CO2 | Corte de chorro de agua |
| Seguridad personalrequisitos del equipo | Las gafas de seguridad de protección láser no son absolutamente necesarias | Se necesitan vasos de seguridad protectores, protección del oído y protección contra el contacto con chorro de agua de alta presión |
| Producción de humo y polvo durante el procesamiento | Ocurre; Los plásticos y algunas aleaciones de metal pueden producir gases tóxicos | No aplicable para corte de chorro de agua |
| Contaminación acústica y peligro | Muy bajo | Inusualmente alto |
| Requisitos de limpieza de la máquina debido al desastre del proceso | Baja limpieza | Alta limpieza |
| Cortar los desechos producidos por el proceso | El corte de desechos es principalmente en forma de polvo que requiere extracción de vacío y filtrado | Se producen grandes cantidades de desechos de corte debido a la mezcla de agua con abrasivos |