Les activités de fabrication au laser comprennent actuellement la coupe, le soudage, le traitement thermique, le revêtement, le dépôt de vapeur, la gravure, le scinsion, la coupe, le recuit et le durcissement des chocs. Les processus de fabrication au laser sont en concurrence techniquement et économiquement avec les processus de fabrication conventionnels et non conventionnels tels que l'usinage mécanique et thermique, le soudage à l'arc, l'usinage électrochimique et les décharges électriques (EDM), la coupe de jet d'eau abrasive, la coupe du plasma et la coupe de flammes.
La coupe du jet d'eau est un processus utilisé pour couper les matériaux à l'aide d'un jet d'eau sous pression comme 60 000 livres par pouce carré (PSI). Souvent, l'eau est mélangée à un abrasif comme le grenat qui permet à plus de matériaux d'être coupés proprement pour fermer les tolérances, carrément et avec une bonne finition de bord. Les jets à eau sont capables de couper de nombreux matériaux industriels, notamment en acier inoxydable, en désagrément, en titane, en aluminium, en acier à outils, en céramique, en granit et en armure. Ce processus génère un bruit significatif.
Le tableau qui suit contient une comparaison de la coupe des métaux en utilisant le processus de coupe du laser CO2 et le processus de coupe du jet d'eau dans le traitement des matériaux industriels.
§ Différences de processus fondamentaux
§ Applications et utilisations de processus typiques
§ Investissement initial et coûts d'exploitation moyens
§ Précision du processus
§ Considérations de sécurité et environnement de fonctionnement
Différences de processus fondamentaux
| Sujet | Laser CO2 | Couper à jet d'eau |
| Méthode de transmission de l'énergie | Léger 10,6 m (plage infrarouge lointaine) | Eau |
| Source d'énergie | Laser à gaz | Pompe à haute pression |
| Comment l'énergie est transmise | Faisceau guidé par des miroirs (optique volante); transmission des fibres pas faisable pour le laser CO2 | Les tuyaux rigides à haute pression transmettent l'énergie |
| Comment le matériau coupé est expulsé | Jet à gaz, plus du gaz supplémentaire expulse des matériaux | Un jet d'eau à haute pression expulse des déchets |
| Distance entre la buse et le matériau et la tolérance maximale autorisée | Environ 0,2 ″ 0,004 ″, capteur de distance, régulation et axe z nécessaire | Environ 0,12 ″ 0,04 ″, le capteur de distance, la régulation et l'axe z nécessaire |
| Configuration de la machine physique | Source laser toujours située à l'intérieur de la machine | La zone de travail et la pompe peuvent être situées séparément |
| Gamme de tailles de table | 8 ′ x 4 ′ à 20 ′ x 6,5 ′ | 8 ′ x 4 ′ à 13 ′ x 6,5 ′ |
| Sortie de faisceau typique à la pièce | 1500 à 2600 watts | 4 à 17 kilowatts (4000 bar) |
Applications et utilisations de processus typiques
| Sujet | Laser CO2 | Couper à jet d'eau |
| Utilisation du processus typique | Coupure, forage, gravure, ablation, structuration, soudage | Coupure, ablation, structuration |
| Coupe de matériaux 3D | Difficile en raison des conseils de faisceau rigide et de la régulation de la distance | En partie possible car l'énergie résiduelle derrière la pièce est détruite |
| Matériaux capables d'être coupés par le processus | Tous les métaux (à l'exclusion des métaux hautement réfléchissants), tous les plastiques, le verre et le bois peuvent être coupés | Tous les matériaux peuvent être coupés par ce processus |
| Combinaisons de matériaux | Les matériaux avec différents points de fusion peuvent à peine être coupés | Possible, mais il y a un danger de délaminage |
| Structures de sandwich aux cavités | Ce n'est pas possible avec un laser CO2 | Capacité limitée |
| Matériaux de coupe avec un accès limité ou altéré | Rarement possible en raison d'une petite distance et de la grande tête de coupe laser | Limité en raison de la petite distance entre la buse et le matériau |
| Propriétés du matériau coupé qui influencent le traitement | Caractéristiques d'absorption du matériau à 10,6 m | La dureté matérielle est un facteur clé |
| Épaisseur de matériau à laquelle la coupe ou le traitement est économique | ~ 0,12 ″ à 0,4 ″ en fonction du matériau | ~ 0,4 ″ à 2,0 ″ |
| Applications courantes pour ce processus | Couper en tôle plate acier d'épaisseur moyenne pour le traitement des tôles | Coupe de pierre, de céramique et de métaux d'une plus grande épaisseur |
Investissement initial et coûts d'exploitation moyens
| Sujet | Laser CO2 | Couper à jet d'eau |
| Investissement en capital initial requis | 300 000 $ avec une pompe de 20 kW et une table de 6,5 ′ x 4 ′ | 300 000 $ + |
| Pièces qui s'usent | Verre de protection, gaz buses, plus la poussière et les filtres à particules | Buse à jet d'eau, buse de focalisation et tous les composants à haute pression tels que les vannes, les tuyaux et les phoques |
| Consommation d'énergie moyenne du système de coupe complet | Supposons un CO2LASER de 1500 watts: Utilisation de l'énergie électrique: 24-40 kW Gas laser (CO2, N2, He): 2-16 L / H Coupe de la coupe (O2, N2): 500-2000 L / H | Supposons une pompe de 20 kW: Utilisation de l'énergie électrique: 22-35 kW Eau: 10 L / H Abrasif: 36 kg / h Élimination de la coupe des déchets |
Précision du processus
| Sujet | Laser CO2 | Couper à jet d'eau |
| Taille minimale de la fente de coupe | 0,006 ", selon la vitesse de coupe | 0,02 " |
| Couper l'apparence de surface | La surface coupée montrera une structure striée | La surface coupée semble avoir été frappée de sable, selon la vitesse de coupe |
| Degré de bords coupés entièrement parallèle | Bien; Il démontrera occasionnellement des bords coniques | Bien; Il y a un effet «à queue» dans les courbes dans le cas de matériaux plus épais |
| Tolérance au traitement | Environ 0,002 ″ | Environ 0,008 ″ |
| Degré de fonds sur la coupe | Seul le garniture partielle se produit | Aucune garniture ne se produit |
| Contrainte thermique du matériau | Des changements de déformation, de trempage et de structure peuvent se produire dans le matériau | Aucune contrainte thermique ne se produit |
| Forces agissant sur le matériau en direction du gaz ou du jet d'eau pendant le traitement | Poses de pression de gaz Problèmes avec mince pièces, distance ne peut pas être maintenu | Haut: les petites pièces minces ne peuvent donc être traitées qu'à un degré limité |
Considérations de sécurité et environnement de fonctionnement
| Sujet | Laser CO2 | Couper à jet d'eau |
| Sécurité personnelleExigences de l'équipement | Les verres de sécurité de protection laser ne sont pas absolument nécessaires | Des verres de sécurité protecteurs, la protection de l'oreille et la protection contre le contact avec le jet d'eau à haute pression sont nécessaires |
| Production de fumée et de poussière pendant le traitement | Se produit; Les plastiques et certains alliages métalliques peuvent produire des gaz toxiques | Non applicable pour la coupe des jets d'eau |
| Pollution sonore et danger | Très bas | Inhabituellement élevé |
| Exigences de nettoyage des machines en raison du désordre du processus | Nettoyage bas | Nettoyage élevé |
| Couper les déchets produits par le processus | La coupe des déchets est principalement sous forme de poussière nécessitant une extraction et un filtrage du vide | De grandes quantités de déchets de coupe se produisent en raison du mélange d'eau avec des abrasifs |