Laservalmistustoimintaan kuuluu tällä hetkellä leikkaus, hitsaus, lämpökäsittely, päällystys, höyrypinnoitus, kaiverrus, piirustus, trimmaus, hehkutus ja iskukarkaisu. Laservalmistusprosessit kilpailevat sekä teknisesti että taloudellisesti tavanomaisten ja epätavanomaisten valmistusprosessien kanssa, kuten mekaaninen ja lämpötyöstö, kaarihitsaus, sähkökemiallinen ja sähköpurkauskoneistus (EDM), hiomavesisuihkuleikkaus, plasmaleikkaus ja liekkileikkaus.
Vesisuihkuleikkaus on prosessi, jota käytetään materiaalien leikkaamiseen käyttämällä paineistettua vesisuihkua, joka on jopa 60 000 paunaa neliötuumaa kohti (psi). Usein veteen sekoitetaan hankaavaa ainetta, kuten granaattia, mikä mahdollistaa useamman materiaalin leikkaamisen siististi lyhyisiin toleransseihin, tasaisesti ja hyvällä reunalla. Vesisuihkuilla voidaan leikata monia teollisuusmateriaaleja, kuten ruostumatonta terästä, Inconelia, titaania, alumiinia, työkaluterästä, keramiikkaa, graniittia ja panssarilevyjä. Tämä prosessi tuottaa merkittävää melua.
Seuraava taulukko sisältää vertailun metallin leikkaamisesta CO2-laserleikkausprosessilla ja vesisuihkuleikkausprosessista teollisessa materiaalinkäsittelyssä.
§ Perustavat prosessierot
§ Tyypilliset prosessisovellukset ja -käytöt
§ Alkuinvestointi ja keskimääräiset käyttökustannukset
§ Prosessin tarkkuus
§ Turvallisuusnäkökohdat ja käyttöympäristö
Perusteelliset prosessierot
| Aihe | Co2 laser | Vesisuihkuleikkaus |
| Menetelmä energian välittämiseksi | Valo 10,6 m (kauko-infrapuna-alue) | Vesi |
| Energian lähde | Kaasu laser | Korkeapainepumppu |
| Miten energia välittyy | Peilien ohjaama säde (lentävä optiikka); kuitusiirto ei mahdollista CO2 laserille | Jäykät korkeapaineletkut välittävät energiaa |
| Kuinka leikattu materiaali karkotetaan | Kaasusuihku sekä ylimääräinen kaasu karkottaa materiaalia | Korkeapaineinen vesisuihku poistaa jätemateriaalia |
| Suuttimen ja materiaalin välinen etäisyys ja suurin sallittu toleranssi | Noin 0,2″ 0,004″, etäisyysanturi, säätö ja Z-akseli tarvitaan | Noin 0,12″ 0,04″, etäisyysanturi, säätö ja Z-akseli tarvitaan |
| Fyysinen koneen kokoonpano | Laserlähde on aina koneen sisällä | Työalue ja pumppu voidaan sijoittaa erikseen |
| Pöydän kokovalikoima | 8′ x 4′ - 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ - 13′ x 6,5′ |
| Tyypillinen säteen ulostulo työkappaleessa | 1500-2600 wattia | 4-17 kilowattia (4000 bar) |
Tyypilliset prosessisovellukset ja -käytöt
| Aihe | Co2 laser | Vesisuihkuleikkaus |
| Tyypillisiä prosessien käyttöjä | Leikkaus, poraus, kaiverrus, ablaatio, strukturointi, hitsaus | Leikkaus, ablaatio, strukturointi |
| 3D materiaalin leikkaus | Vaikea jäykän säteen ohjauksen ja etäisyyden säätelyn vuoksi | Osittain mahdollista, koska työkappaleen takana oleva jäännösenergia tuhoutuu |
| Materiaalit, joita voidaan leikata prosessilla | Kaikki metallit (paitsi erittäin heijastavat metallit), kaikki muovit, lasit ja puu voidaan leikata | Kaikki materiaalit voidaan leikata tällä prosessilla |
| Materiaaliyhdistelmät | Materiaalit, joilla on eri sulamispisteet, voidaan tuskin leikata | Mahdollista, mutta on olemassa delaminoitumisen vaara |
| Sandwich-rakenteet onteloineen | Tämä ei ole mahdollista CO2-laserilla | Rajoitettu kyky |
| Leikkausmateriaalit, joihin pääsy on rajoitettua tai heikentynyt | Harvoin mahdollista pienen etäisyyden ja suuren laserleikkauspään vuoksi | Rajoitettu suuttimen ja materiaalin välisen pienen etäisyyden vuoksi |
| Leikkausmateriaalin käsittelyyn vaikuttavat ominaisuudet | Materiaalin absorptio-ominaisuudet 10,6 metrin korkeudella | Materiaalin kovuus on avaintekijä |
| Materiaalin paksuus, jolla leikkaus tai käsittely on taloudellista | ~0,12" - 0,4" materiaalista riippuen | ~0,4" - 2,0" |
| Tämän prosessin yleiset sovellukset | Keskipaksuisen litteän teräslevyn leikkaus metallilevyn työstöön | Kivien, keramiikan ja paksumpien metallien leikkaus |
Alkuinvestointi ja keskimääräiset käyttökustannukset
| Aihe | Co2 laser | Vesisuihkuleikkaus |
| Alkuperäinen pääomasijoitus vaaditaan | 300 000 dollaria 20 kW pumpulla ja 6,5′ x 4′ pöydällä | $300 000+ |
| Osat, jotka kuluvat | Suojalasi, kaasu suuttimet sekä pöly- ja hiukkassuodattimet | Vesisuihkusuutin, tarkennussuutin ja kaikki korkeapainekomponentit, kuten venttiilit, letkut ja tiivisteet |
| Koko leikkausjärjestelmän keskimääräinen energiankulutus | Oletetaan 1500 watin CO2-laser: Sähkövirran käyttö: 24-40 kW Laserkaasu (CO2, N2, He): 2-16 l/h Leikkauskaasu (O2, N2): 500-2000 l/h | Oletetaan 20 kW:n pumppu: Sähkövirran käyttö: 22-35 kW Vesi: 10 l/h Hioma: 36 kg/h Leikkausjätteen hävittäminen |
Prosessin tarkkuus
| Aihe | Co2 laser | Vesisuihkuleikkaus |
| Leikkausraon vähimmäiskoko | 0,006″, riippuen leikkausnopeudesta | 0,02" |
| Leikkauspinnan ulkonäkö | Leikkauspinnassa näkyy juovainen rakenne | Leikkauspinta näyttää olevan hiekkapuhallettu, riippuen leikkausnopeudesta |
| Leikkausreunojen aste täysin yhdensuuntaiseksi | Hyvä; toisinaan näyttää kartiomaisia reunoja | Hyvä; paksumpien materiaalien käyrissä on "pyrstö" vaikutus |
| Käsittelytoleranssi | Noin 0,002" | Noin 0,008" |
| Purseeton aste leikkauksessa | Vain osittainen purseutuminen tapahtuu | Pursetumista ei tapahdu |
| Materiaalin lämpöjännitys | Materiaalissa voi tapahtua muodonmuutoksia, karkaisua ja rakenteellisia muutoksia | Lämpöjännitystä ei tapahdu |
| Materiaaliin vaikuttavat voimat kaasu- tai vesisuihkun suuntaan käsittelyn aikana | Kaasunpaine aiheuttaa ongelmia ohuen kanssa työkappaleet, etäisyys ei voida ylläpitää | Korkea: ohuita, pieniä osia voidaan siis käsitellä vain rajoitetusti |
Turvallisuusnäkökohdat ja toimintaympäristö
| Aihe | Co2 laser | Vesisuihkuleikkaus |
| Henkilökohtainen turvallisuuslaitevaatimukset | Lasersuojalasit eivät ole ehdottoman välttämättömiä | Suojalasit, kuulosuojaimet ja suojaus korkeapaineisen vesisuihkun kanssa tarvitaan |
| Savun ja pölyn muodostuminen käsittelyn aikana | Esiintyy; muovit ja jotkin metalliseokset voivat tuottaa myrkyllisiä kaasuja | Ei sovellu vesisuihkuleikkaukseen |
| Melusaaste ja vaara | Erittäin matala | Epätavallisen korkea |
| Konepuhdistusvaatimukset prosessisotkujen vuoksi | Matala siivous | Korkea siivous |
| Prosessin tuottaman jätteen leikkaaminen | Leikkuujäte on pääasiassa pölyä, joka vaatii tyhjiöimua ja suodatusta | Suuria määriä leikkausjätettä syntyy, kun vettä sekoitetaan hioma-aineisiin |