Le attività di produzione laser attualmente includono taglio, saldatura, trattamento termico, rivestimento, deposizione di vapore, incisione, incisione, rifilatura, ricottura e indurimento agli urti. I processi di produzione laser competono sia tecnicamente che economicamente con processi di produzione convenzionali e non convenzionali come la lavorazione meccanica e termica, la saldatura ad arco, la lavorazione elettrochimica e con scarica elettrica (EDM), il taglio a getto d'acqua abrasivo, il taglio al plasma e il taglio a fiamma.
Il taglio a getto d'acqua è un processo utilizzato per tagliare materiali utilizzando un getto di acqua pressurizzata fino a 60.000 libbre per pollice quadrato (psi). Spesso l'acqua viene miscelata con un abrasivo come il granato che consente di tagliare più materiali in modo pulito con tolleranze strette, in modo squadrato e con una buona finitura dei bordi. I getti d'acqua sono in grado di tagliare molti materiali industriali tra cui acciaio inossidabile, Inconel, titanio, alluminio, acciaio per utensili, ceramica, granito e piastre corazzate. Questo processo genera un rumore significativo.
La tabella che segue contiene un confronto tra il taglio dei metalli utilizzando il processo di taglio laser CO2 e il processo di taglio a getto d'acqua nella lavorazione dei materiali industriali.
§ Differenze fondamentali del processo
§ Applicazioni e usi tipici del processo
§ Investimento iniziale e costi medi di esercizio
§ Precisione del processo
§ Considerazioni sulla sicurezza e ambiente operativo
Differenze fondamentali del processo
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| Metodo per impartire energia | Luce 10,6 m (portata del lontano infrarosso) | Acqua |
| Fonte di energia | Laser a gas | Pompa ad alta pressione |
| Come viene trasmessa l'energia | Fascio guidato da specchi (ottica volante); trasmissione in fibra no fattibile per laser CO2 | I tubi rigidi ad alta pressione trasmettono l'energia |
| Come viene espulso il materiale tagliato | Il getto di gas e il gas aggiuntivo espellono il materiale | Un getto d'acqua ad alta pressione espelle il materiale di scarto |
| Distanza tra ugello e materiale e tolleranza massima consentita | Circa 0,2″ 0,004″, sensore di distanza, regolazione e asse Z necessari | Circa 0,12″ 0,04″, sensore di distanza, regolazione e asse Z necessari |
| Configurazione fisica della macchina | Sorgente laser sempre posizionata all'interno della macchina | L'area di lavoro e la pompa possono essere posizionate separatamente |
| Gamma di dimensioni del tavolo | Da 8′ x 4′ a 20′ x 6,5′ | Da 8′ x 4′ a 13′ x 6,5′ |
| Emissione tipica del raggio sul pezzo | Da 1500 a 2600 Watt | da 4 a 17 kilowatt (4000 bar) |
Applicazioni e usi tipici del processo
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| Usi tipici del processo | Taglio, foratura, incisione, ablazione, strutturazione, saldatura | Taglio, ablazione, strutturazione |
| Taglio materiale 3D | Difficile a causa della guida rigida del raggio e della regolazione della distanza | Parzialmente possibile poiché l'energia residua dietro il pezzo viene distrutta |
| Materiali che possono essere tagliati dal processo | È possibile tagliare tutti i metalli (esclusi quelli altamente riflettenti), tutta la plastica, il vetro e il legno | Tutti i materiali possono essere tagliati con questo processo |
| Combinazioni di materiali | I materiali con diversi punti di fusione difficilmente possono essere tagliati | Possibile, ma sussiste il pericolo di delaminazione |
| Strutture sandwich con cavità | Questo non è possibile con un laser CO2 | Abilità limitata |
| Taglio di materiali con accesso limitato o impedito | Raramente possibile a causa della distanza ridotta e della grande testa di taglio laser | Limitato a causa della piccola distanza tra l'ugello e il materiale |
| Proprietà del materiale tagliato che influenzano la lavorazione | Caratteristiche di assorbimento del materiale a 10,6 m | La durezza del materiale è un fattore chiave |
| Spessore del materiale al quale il taglio o la lavorazione risultano economici | ~0,12″ a 0,4″ a seconda del materiale | ~0,4″ a 2,0″ |
| Applicazioni comuni per questo processo | Taglio di lamiere piane di medio spessore per la lavorazione della lamiera | Taglio di pietre, ceramiche e metalli di grosso spessore |
Investimento iniziale e costi operativi medi
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| È richiesto un investimento di capitale iniziale | $ 300.000 con una pompa da 20 kW e un tavolo da 6,5′ x 4′ | $ 300.000 + |
| Parti che si consumeranno | Vetro di protezione, gas ugelli, oltre ai filtri antipolvere e antiparticolato | Ugello a getto d'acqua, ugello focalizzatore e tutti i componenti ad alta pressione come valvole, tubi flessibili e guarnizioni |
| Consumo energetico medio del sistema di taglio completo | Supponiamo un laser CO2 da 1500 Watt: Consumo di energia elettrica: 24-40 kW Gas laser (CO2, N2, He): 2-16 l/ora Gas di taglio (O2, N2): 500-2000 l/ora | Ipotizziamo una pompa da 20 kW: Consumo di energia elettrica: 22-35 kW Acqua: 10 l/ora Abrasivo: 36 kg/ora Smaltimento degli scarti di taglio |
Precisione del processo
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| Dimensione minima della fessura di taglio | 0,006″, a seconda della velocità di taglio | 0,02" |
| Aspetto della superficie tagliata | La superficie tagliata mostrerà una struttura striata | La superficie tagliata sembrerà sabbiata, a seconda della velocità di taglio |
| Grado di bordi tagliati completamente paralleli | Bene; occasionalmente mostrerà bordi conici | Bene; si ha un effetto “coda” nelle curve nel caso di materiali più spessi |
| Tolleranza alla lavorazione | Circa 0,002″ | Circa 0,008″ |
| Grado di sbavatura sul taglio | Si verifica solo una sbavatura parziale | Non si verifica alcuna sbavatura |
| Stress termico del materiale | Nel materiale possono verificarsi deformazioni, rinvenimenti e cambiamenti strutturali | Non si verifica alcuno stress termico |
| Forze che agiscono sul materiale nella direzione del getto di gas o acqua durante la lavorazione | Pose di pressione del gas problemi con il sottile pezzi, distanza non può essere mantenuto | Elevata: i pezzi sottili e piccoli possono quindi essere lavorati solo in misura limitata |
Considerazioni sulla sicurezza e ambiente operativo
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| Sicurezza personalerequisiti dell'attrezzatura | Gli occhiali di sicurezza per la protezione laser non sono assolutamente necessari | Sono necessari occhiali protettivi di sicurezza, protezioni per le orecchie e protezione contro il contatto con getti d'acqua ad alta pressione |
| Produzione di fumi e polveri durante la lavorazione | Si verifica; la plastica e alcune leghe metalliche possono produrre gas tossici | Non applicabile per il taglio a getto d'acqua |
| Inquinamento acustico e pericolo | Molto basso | Insolitamente alto |
| Requisiti di pulizia della macchina a causa di disordine del processo | Bassa pulizia | Alta pulizia |
| Taglio degli scarti prodotti dal processo | Gli scarti di taglio sono principalmente sotto forma di polvere che richiede aspirazione e filtraggio | Grandi quantità di residui di taglio si formano a causa della miscelazione dell'acqua con gli abrasivi |