Laseritootmistegevused hõlmavad praegu lõikamist, keevitamist, kuumtöötlemist, katmist, aurustamist, graveerimist, kriipsutamist, trimmimist, lõõmutamist ja löökkarastamist. Laseri tootmisprotsessid konkureerivad nii tehniliselt kui ka majanduslikult tavapäraste ja mittekonventsionaalsete tootmisprotsessidega, nagu mehaaniline ja termiline töötlemine, kaarkeevitus, elektrokeemiline ja elektrilahendusega töötlemine (EDM), abrasiivne veejoaga lõikamine, plasma lõikamine ja leeklõikamine.
Veejoaga lõikamine on protsess, mida kasutatakse materjalide lõikamiseks, kasutades kuni 60 000 naela ruuttolli kohta (psi) survestatud veejuga. Sageli segatakse vett abrasiiviga, näiteks granaadiga, mis võimaldab rohkem materjale lõigata puhtalt, kuni hälbe piiridesse, ruudukujuliselt ja hea servaviimistlusega. Veejoad on võimelised lõikama paljusid tööstuslikke materjale, sealhulgas roostevaba terast, Inconeli, titaani, alumiiniumi, tööriistaterast, keraamikat, graniiti ja soomusplaate. See protsess tekitab märkimisväärset müra.
Järgnev tabel sisaldab metallilõikamise võrdlust CO2 laserlõikamisprotsessi ja veejoaga lõikamise protsessiga tööstuslikus materjalitöötluses.
§ Põhilised protsessierinevused
§ Tüüpilised protsessirakendused ja kasutusalad
§ Esialgne investeering ja keskmised tegevuskulud
§ Protsessi täpsus
§ Ohutuskaalutlused ja töökeskkond
Põhilised protsessierinevused
| Teema | Co2 laser | Veejoaga lõikamine |
| Energia edasiandmise meetod | Valgus 10,6 m (kaug-infrapuna ulatus) | Vesi |
| Energia allikas | Gaaslaser | Kõrgsurvepump |
| Kuidas energiat edastatakse | Peeglitest juhitav kiir (lendav optika); kiud-edastus mitte CO2 laseri puhul teostatav | Jäigad kõrgsurvevoolikud edastavad energiat |
| Kuidas lõigatud materjal väljutatakse | Gaasijuga ja lisagaas väljutab materjali | Kõrgsurve veejuga väljutab jääkmaterjali |
| Düüsi ja materjali vaheline kaugus ning maksimaalne lubatud hälve | Ligikaudu 0,2″ 0,004″, vajalik on kaugusandur, reguleerimine ja Z-telg | Ligikaudu 0,12″ 0,04″, vajalik on kaugusandur, reguleerimine ja Z-telg |
| Masina füüsiline seadistamine | Laserallikas asub alati masina sees | Tööala ja pump võivad asuda eraldi |
| Laua suuruste valik | 8′ x 4′ kuni 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ kuni 13′ x 6,5′ |
| Tüüpiline kiire väljund toorikule | 1500 kuni 2600 vatti | 4 kuni 17 kilovatti (4000 baari) |
Tüüpilised protsessirakendused ja kasutusalad
| Teema | Co2 laser | Veejoaga lõikamine |
| Tüüpilised protsessi kasutusalad | Lõikamine, puurimine, graveerimine, ablatsioon, struktureerimine, keevitamine | Lõikamine, ablatsioon, struktureerimine |
| 3D materjali lõikamine | Raske tänu jäigale tala juhtimisele ja kauguse reguleerimisele | Osaliselt võimalik, kuna töödeldava detaili taga olev jääkenergia hävib |
| Materjalid, mida saab protsessi käigus lõigata | Lõigata saab kõiki metalle (välja arvatud tugevalt peegeldavad metallid), kõiki plastmassi, klaasi ja puitu | Selle protsessiga saab lõigata kõiki materjale |
| Materjalide kombinatsioonid | Erineva sulamistemperatuuriga materjale saab vaevu lõigata | Võimalik, kuid on kihistumise oht |
| Õõnsustega sandwich-konstruktsioonid | CO2 laseriga pole see võimalik | Piiratud võime |
| Piiratud või piiratud juurdepääsuga materjalide lõikamine | Harva võimalik väikese vahemaa ja suure laserlõikepea tõttu | Piiratud, kuna otsiku ja materjali vaheline kaugus on väike |
| Lõigatud materjali omadused, mis mõjutavad töötlemist | Materjali neeldumisomadused 10,6 m kõrgusel | Materjali kõvadus on võtmetegur |
| Materjali paksus, mille juures lõikamine või töötlemine on ökonoomne | ~0,12″ kuni 0,4″ sõltuvalt materjalist | ~0,4 tolli kuni 2,0 tolli |
| Selle protsessi tavalised rakendused | Keskmise paksusega lehtterase lõikamine lehtmetalli töötlemiseks | Kivi, keraamika ja suurema paksusega metallide lõikamine |
Esialgne investeering ja keskmised tegevuskulud
| Teema | Co2 laser | Veejoaga lõikamine |
| Vajalik algkapitali investeering | 300 000 dollarit 20 kW pumba ja 6,5′ x 4′ lauaga | 300 000+ dollarit |
| Osad, mis kuluvad | Kaitseklaas, gaas düüsid, lisaks nii tolmu- kui ka osakeste filtrid | Veejoa otsik, teravustamisotsik ja kõik kõrgsurvekomponendid, nagu ventiilid, voolikud ja tihendid |
| Tervikliku lõikesüsteemi keskmine energiatarve | Oletame, et 1500 W CO2 laser: Elektrienergia tarbimine: 24-40 kW Lasergaas (CO2, N2, He): 2-16 l/h Lõikegaas (O2, N2): 500-2000 l/h | Oletame 20 kW pumpa: Elektrienergia tarbimine: 22-35 kW Vesi: 10 l/h Abrasiiv: 36 kg/h Lõikejäätmete kõrvaldamine |
Protsessi täpsus
| Teema | Co2 laser | Veejoaga lõikamine |
| Lõikepilu minimaalne suurus | 0,006″, olenevalt lõikekiirusest | 0,02 tolli |
| Lõikepinna välimus | Lõigatud pinnal on triibuline struktuur | Sõltuvalt lõikekiirusest näib lõikepind olevat liivapritsiga töödeldud |
| Lõigatud servade aste täiesti paralleelseks | Hea; näitab aeg-ajalt koonusekujulisi servi | Hea; paksemate materjalide puhul on kõverates “saba” efekt |
| Töötlemise tolerants | Umbes 0,002 tolli | Umbes 0,008 tolli |
| Lõike jämeduse aste | Toimub ainult osaline mädanemine | Murdmist ei toimu |
| Materjali termiline pinge | Materjalis võivad esineda deformatsioonid, karastamine ja struktuurimuutused | Termilist pinget ei esine |
| Töötlemise ajal materjalile mõjuvad jõud gaasi- või veejoa suunas | Gaasirõhk tekitab probleeme õhuke toorikud, kaugus ei saa säilitada | Kõrge: õhukesi väikeseid osi saab seega töödelda vaid piiratud määral |
Ohutuskaalutlused ja töökeskkond
| Teema | Co2 laser | Veejoaga lõikamine |
| Isiklik ohutusseadmete nõuded | Laseri kaitseprillid ei ole absoluutselt vajalikud | Vaja on kaitseprille, kõrvakaitset ja kaitset kõrgsurve veejoaga kokkupuute eest |
| Suitsu ja tolmu teke töötlemisel | Kas esineb; plastid ja mõned metallisulamid võivad tekitada mürgiseid gaase | Ei kehti veejoaga lõikamisel |
| Mürasaaste ja -oht | Väga madal | Ebatavaliselt kõrge |
| Masina puhastamise nõuded protsessi segaduse tõttu | Madal puhastus | Kõrge puhastus |
| Protsessi käigus tekkivate jäätmete lõikamine | Lõikejäätmed on peamiselt tolmu kujul, mis vajavad vaakumtõmmet ja filtreerimist | Suures koguses lõikejäätmeid tekib vee segunemisel abrasiividega |