現在、レーザーの製造活動には、切断、溶接、熱処理、被覆、蒸着、彫刻、スクライビング、トリミング、アニーリング、および衝撃硬化が含まれます。レーザー製造プロセスは、機械加工、熱加工、アーク溶接、電気化学、放電加工 (EDM)、アブレシブウォータージェット切断、プラズマ切断、火炎切断などの従来型および非従来型の製造プロセスと技術的にも経済的にも競合します。
ウォーター ジェット切断は、60,000 ポンド/平方インチ (psi) もの高圧水のジェットを使用して材料を切断するプロセスです。多くの場合、水にガーネットのような研磨剤を混ぜることで、より多くの材料を公差に近い範囲できれいに、真直ぐに、良好なエッジ仕上げで切断できるようになります。ウォーター ジェットは、ステンレス鋼、インコネル、チタン、アルミニウム、工具鋼、セラミック、花崗岩、装甲板などの多くの工業用材料を切断できます。このプロセスにより、重大なノイズが発生します。
次の表は、産業用材料加工における CO2 レーザー切断プロセスとウォータージェット切断プロセスを使用した金属切断の比較を示しています。
§ 基本的なプロセスの違い
§ 一般的なプロセスの用途と用途
§ 初期投資と平均運用コスト
§ プロセスの精度
§ 安全上の考慮事項と動作環境
基本的なプロセスの違い
| 主題 | CO2レーザー | ウォータージェット切断 |
| エネルギーの付与方法 | 光距離10.6m（遠赤外線範囲） | 水 |
| エネルギー源 | ガスレーザー | 高圧ポンプ |
| エネルギーの伝わり方 | ミラー（飛行光学系）によって誘導されるビーム。ファイバー伝送ではない CO2レーザーでも実現可能 | 剛性の高い高圧ホースがエネルギーを伝達します |
| 切粉の排出方法 | ガスジェットと追加のガスで材料を排出 | 高圧ウォータージェットが老廃物を排出します |
| ノズルと材料間の距離と最大許容誤差 | 約0.2インチ～0.004インチ、距離センサー、レギュレーション、Z軸が必要 | 約0.12インチ～0.04インチ、距離センサー、レギュレーション、Z軸が必要 |
| 物理マシンのセットアップ | レーザー光源は常に機械の内部にあります | 作業エリアとポンプを別々に配置可能 |
| テーブルサイズの範囲 | 8' x 4' ～ 20' x 6.5' | 8' x 4' ～ 13' x 6.5' |
| ワークピースでの一般的なビーム出力 | 1500～2600ワット | 4 ～ 17 キロワット (4000 バール) |
典型的なプロセスの用途と用途
| 主題 | CO2レーザー | ウォータージェット切断 |
| 一般的なプロセスの用途 | 切断、穴あけ、彫刻、アブレーション、構造化、溶接 | 切断、アブレーション、構造化 |
| 3D素材のカッティング | 厳密なビーム誘導と距離の規制により困難 | ワーク後方の残留エネルギーが破壊されるため、部分的に可能 |
| 加工により切断可能な材質 | あらゆる金属（高反射金属を除く）、あらゆるプラスチック、ガラス、木材を切断可能 | あらゆる材料をこのプロセスで切断できます |
| 素材の組み合わせ | 融点の異なる材料はほとんど切断できません | 可能ですが、剥離の危険性があります |
| 空洞を有するサンドイッチ構造 | CO2レーザーでは不可能です | 限られた能力 |
| アクセスが制限されている、またはアクセスが制限されている材料の切断 | 距離が短く、レーザー切断ヘッドが大きいため、可能性はほとんどありません | ノズルと材料間の距離が狭いため制限される |
| 加工に影響を与える被削材の特性 | 10.6mにおける素材の吸収特性 | 材料の硬度が重要な要素 |
| 切断または加工が経済的な材料の厚さ | 素材に応じて約 0.12 インチ～0.4 インチ | ～0.4インチ～2.0インチ |
| このプロセスの一般的なアプリケーション | 板金加工用中厚平鋼の切断 | より厚い石材、セラミックス、金属の切断 |
初期投資と平均運用コスト
| 主題 | CO2レーザー | ウォータージェット切断 |
| 初期設備投資が必要 | 20 kW ポンプと 6.5 フィート x 4 フィートのテーブルで 300,000 ドル | 300,000ドル以上 |
| 磨耗してしまう部品 | 保護ガラス、ガス ノズル、および粉塵フィルターと粒子フィルターの両方 | ウォータージェットノズル、集束ノズル、およびバルブ、ホース、シールなどのすべての高圧コンポーネント |
| 完全な切断システムの平均エネルギー消費量 | 1500 ワットの CO2 レーザーを想定します。 電力使用量: 24～40kW レーザーガス (CO2、N2、He): 2-16リットル/時 切断ガス（O2、N2）： 500-2000 l/h | 20 kW のポンプを想定します。 電力使用量: 22～35kW 水: 10リットル/時間 研磨剤: 36 kg/h 切削くずの処理 |
加工精度
| 主題 | CO2レーザー | ウォータージェット切断 |
| 切断スリットの最小サイズ | 0.006インチ、切断速度に応じて | 0.02インチ |
| 切断面の外観 | 切断面には縞模様の構造が現れます | 切断速度に応じて、切断面はサンドブラストされたように見えます |
| 完全に平行になるまでのカットエッジの度合い | 良い;場合によっては円錐状のエッジを示すこともあります | 良い;材料が厚い場合、曲線に「尾」効果が発生します。 |
| 加工公差 | 約0.002インチ | 約0.008インチ |
| カット部のバリの程度 | 部分的なバリしか発生しない | バリが発生しない |
| 材料の熱応力 | 材料の変形、焼き戻し、構造変化が発生する可能性があります。 | 熱応力が発生しない |
| 加工中にガスまたはウォータージェットの方向に材料に作用する力 | ガス圧ポーズ 薄い問題 ワーク、距離 維持できない | 高: 薄くて小さい部品は限られた程度しか加工できません |
安全上の配慮と動作環境
| 主題 | CO2レーザー | ウォータージェット切断 |
| 個人の安全機器要件 | レーザー保護安全メガネは絶対に必要というわけではありません | 保護用安全メガネ、耳の保護、高圧ウォータージェットとの接触に対する保護が必要です |
| 加工中の煙や粉塵の発生 | 発生します。プラスチックや一部の合金は有毒ガスを発生する可能性があります | ウォータージェット切断には対応しておりません |
| 騒音公害と危険性 | 非常に低い | 異常に高い |
| プロセスの混乱による機械洗浄の必要性 | クリーンアップが少ない | 高度なクリーンアップ |
| 工程で出る廃棄物をカット | 切削くずは主に粉塵の形で発生し、真空吸引とろ過が必要です。 | 砥粒に水が混入するため、切削屑が大量に発生 |