현재 레이저 제조 활동에는 절단, 용접, 열처리, 클래딩, 증기 증착, 조각, 스크라이빙, 트리밍, 어닐링 및 충격 경화가 포함됩니다. 레이저 제조 공정은 기계 및 열 가공, 아크 용접, 전기화학, 방전 가공(EDM), 연마재 워터젯 절단, 플라즈마 절단, 화염 절단 등 기존 및 비전통적인 제조 공정과 기술적으로나 경제적으로 경쟁합니다.
워터젯 절단은 평방 인치당 60,000파운드(psi)의 가압된 물 제트를 사용하여 재료를 절단하는 데 사용되는 프로세스입니다. 종종 물은 가넷과 같은 연마재와 혼합되어 더 많은 재료를 공차를 좁히고 직각으로 그리고 좋은 가장자리 마감으로 깨끗하게 절단할 수 있습니다. 워터젯은 스테인리스강, 인코넬, 티타늄, 알루미늄, 공구강, 세라믹, 화강암, 장갑판 등 다양한 산업 자재를 절단할 수 있습니다. 이 프로세스에서는 상당한 소음이 발생합니다.
다음 표는 산업자재 가공에서 CO2 레이저 절단 공정과 워터젯 절단 공정을 이용한 금속 절단을 비교한 것입니다.
§ 근본적인 프로세스 차이점
§ 일반적인 공정 적용 및 용도
§ 초기 투자비 및 평균 운영 비용
§ 공정의 정확성
§ 안전 고려 사항 및 작동 환경
근본적인 프로세스 차이점
| 주제 | 이산화탄소 레이저 | 워터젯 절단 |
| 에너지 전달 방식 | 빛 10.6m(원적외선 범위) | 물 |
| 에너지원 | 가스 레이저 | 고압 펌프 |
| 에너지가 전달되는 방법 | 거울에 의해 유도되는 빔(비행 광학 장치); 광섬유 전송이 아님 CO2 레이저에 적합 | 견고한 고압 호스가 에너지를 전달합니다. |
| 절단된 재료가 배출되는 방식 | 가스 제트와 추가 가스 배출 물질 | 고압 워터젯으로 폐기물을 배출합니다. |
| 노즐과 재료 사이의 거리 및 최대 허용 공차 | 약 0.2″ 0.004″, 거리 센서, 조절 및 Z축 필요 | 약 0.12″ 0.04″, 거리 센서, 조절 및 Z축 필요 |
| 실제 머신 설정 | 레이저 소스는 항상 기계 내부에 위치 | 작업 공간과 펌프를 별도로 배치할 수 있습니다. |
| 테이블 크기 범위 | 8' x 4' ~ 20' x 6.5' | 8' x 4' ~ 13' x 6.5' |
| 공작물의 일반적인 빔 출력 | 1500~2600와트 | 4~17킬로와트(4000bar) |
일반적인 공정 적용 및 용도
| 주제 | 이산화탄소 레이저 | 워터젯 절단 |
| 일반적인 공정 용도 | 절단, 드릴링, 조각, 절제, 구조화, 용접 | 절단, 절제, 구조화 |
| 3D 소재 절단 | 경직된 빔 유도 및 거리 조절로 인해 어려움 | 공작물 뒤의 잔류 에너지가 파괴되므로 부분적으로 가능 |
| 공정에 의해 절단될 수 있는 재료 | 모든 금속(반사율이 높은 금속 제외), 모든 플라스틱, 유리, 목재 절단 가능 | 이 과정을 통해 모든 재료를 절단할 수 있습니다. |
| 재료 조합 | 융점이 다른 재료는 거의 절단할 수 없습니다. | 가능하나 박리의 위험이 있음 |
| 구멍이 있는 샌드위치 구조 | CO2 레이저로는 불가능합니다. | 제한된 능력 |
| 접근이 제한되거나 손상된 재료 절단 | 거리가 짧고 레이저 커팅 헤드가 크기 때문에 거의 불가능함 | 노즐과 재료 사이의 작은 거리로 인해 제한됨 |
| 가공에 영향을 미치는 절단 재료의 특성 | 10.6m에서의 물질 흡수 특성 | 재료 경도가 핵심 요소입니다. |
| 절단 또는 가공이 경제적인 재료 두께 | 재료에 따라 ~0.12″ ~ 0.4″ | ~0.4″ ~ 2.0″ |
| 이 프로세스의 일반적인 응용 프로그램 | 판금 가공용 중간 두께의 평강 절단 | 더 두꺼운 돌, 도자기, 금속 절단 |
초기 투자 및 평균 운영 비용
| 주제 | 이산화탄소 레이저 | 워터젯 절단 |
| 초기 자본 투자 필요 | 20kW 펌프 및 6.5' x 4' 테이블 포함 $300,000 | $300,000+ |
| 마모될 부품 | 보호유리, 가스 노즐, 먼지 및 입자 필터 모두 | 워터젯 노즐, 포커싱 노즐 및 밸브, 호스, 씰 등 모든 고압 부품 |
| 전체 절단 시스템의 평균 에너지 소비량 | 1500W CO2레이저를 가정합니다. 전력 사용: 24~40kW 레이저 가스(CO2, N2, He): 2-16리터/시간 절단 가스(O2, N2): 500-2000리터/시간 | 20kW 펌프를 가정해 보겠습니다. 전력 사용: 22~35kW 물: 10l/h 연마재: 36kg/h 절단 폐기물 처리 |
공정의 정밀도
| 주제 | 이산화탄소 레이저 | 워터젯 절단 |
| 절단 슬릿의 최소 크기 | 0.006″, 절단 속도에 따라 다름 | 0.02″ |
| 절단면 모양 | 절단된 표면에 줄무늬 구조가 표시됩니다. | 절단 속도에 따라 절단 표면이 샌드 블라스팅된 것처럼 보입니다. |
| 완전히 평행한 절단 모서리의 정도 | 좋은; 때때로 원뿔형 가장자리를 보여줍니다. | 좋은; 두꺼운 재료의 경우 곡선에 "꼬리" 효과가 있습니다. |
| 가공 공차 | 약 0.002″ | 약 0.008″ |
| 절단면의 버링 정도 | 부분 Burring만 발생 | 버링이 발생하지 않음 |
| 재료의 열응력 | 재료의 변형, 템퍼링 및 구조적 변화가 발생할 수 있습니다. | 열응력이 발생하지 않음 |
| 가공 중 가스 또는 물 분사 방향으로 재료에 작용하는 힘 | 가스 압력 포즈 얇은 문제 공작물, 거리 유지될 수 없다 | 높음: 얇고 작은 부품을 제한된 수준으로만 가공할 수 있습니다. |
안전 고려 사항 및 작동 환경
| 주제 | 이산화탄소 레이저 | 워터젯 절단 |
| 개인 안전장비 요구 사항 | 레이저 보호 보안경은 꼭 필요한 것은 아닙니다. | 보호용 보안경, 귀 보호구, 고압 워터젯 접촉 방지 장치가 필요합니다. |
| 가공 중 연기 및 먼지 발생 | 발생합니다. 플라스틱 및 일부 금속 합금은 독성 가스를 생성할 수 있습니다. | 워터젯 절단에는 적용할 수 없습니다. |
| 소음 공해 및 위험 | 매우 낮음 | 비정상적으로 높음 |
| 프로세스 혼란으로 인한 기계 청소 요구 사항 | 낮은 청소 | 높은 청소 |
| 공정에서 발생하는 폐기물 절단 | 절단 폐기물은 주로 진공 추출 및 필터링이 필요한 먼지 형태입니다. | 물과 연마재의 혼합으로 인해 절단 폐기물이 대량 발생 |