Laserproductieactiviteiten omvatten momenteel snijden, lassen, warmtebehandeling, cladding, dampdepositie, graveren, krassen, trimmen, gloeien en schokharden. Laserproductieprocessen concurreren zowel technisch als economisch met conventionele en niet-conventionele productieprocessen zoals mechanisch en thermisch bewerken, booglassen, elektrochemisch en vonkend bewerken (EDM), abrasief waterstraalsnijden, plasmasnijden en vlamsnijden.
Waterstraalsnijden is een proces waarbij materialen worden gesneden met een waterstraal onder hoge druk met een druk van 60.000 pond per vierkante inch (psi). Vaak wordt het water gemengd met een schuurmiddel zoals granaat, waardoor meer materialen nauwkeurig, haaks en met een goede snijkantafwerking kunnen worden gesneden. Waterstralen kunnen veel industriële materialen snijden, waaronder roestvrij staal, Inconel, titanium, aluminium, gereedschapsstaal, keramiek, graniet en pantserplaat. Dit proces produceert veel geluid.
De onderstaande tabel bevat een vergelijking tussen het snijden van metaal met behulp van het CO2-lasersnijproces en het waterstraalsnijproces in de industriële materiaalverwerking.
§ Fundamentele procesverschillen
§ Typische procestoepassingen en toepassingen
§ Initiële investering en gemiddelde operationele kosten
§ Precisie van het proces
§ Veiligheidsmaatregelen en werkomgeving
Fundamentele procesverschillen
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Methode om energie over te brengen | Licht 10,6 m (ver infraroodbereik) | Water |
| Energiebron | Gaslaser | Hogedrukpomp |
| Hoe energie wordt overgedragen | Straalgeleiding door spiegels (vliegende optica); glasvezeltransmissie niet haalbaar voor CO2-laser | Stijve hogedrukslangen brengen de energie over |
| Hoe gesneden materiaal wordt uitgeworpen | Gasstraal plus extra gas stoot materiaal uit | Een hogedrukwaterstraal verwijdert afvalmateriaal |
| Afstand tussen spuitmond en materiaal en maximaal toegestane tolerantie | Ongeveer 0,2″ 0,004″, afstandssensor, regeling en Z-as noodzakelijk | Ongeveer 0,12″ 0,04″, afstandssensor, regeling en Z-as noodzakelijk |
| Fysieke machine-opstelling | Laserbron altijd in de machine geplaatst | Het werkgebied en de pomp kunnen afzonderlijk worden geplaatst |
| Bereik van tafelafmetingen | 8′ x 4′ tot 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ tot 13′ x 6,5′ |
| Typische straaluitvoer bij het werkstuk | 1500 tot 2600 Watt | 4 tot 17 kilowatt (4000 bar) |
Typische procestoepassingen en toepassingen
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Typische procestoepassingen | Snijden, boren, graveren, ablatie, structureren, lassen | Snijden, ablatie, structureren |
| 3D-materiaal snijden | Moeilijk vanwege de starre straalgeleiding en de regeling van de afstand | Gedeeltelijk mogelijk omdat de resterende energie achter het werkstuk wordt vernietigd |
| Materialen die door het proces kunnen worden gesneden | Alle metalen (met uitzondering van sterk reflecterende metalen), alle kunststoffen, glas en hout kunnen worden gesneden | Met dit proces kunnen alle materialen worden gesneden |
| Materiaalcombinaties | Materialen met verschillende smeltpunten kunnen nauwelijks worden gesneden | Mogelijk, maar er is gevaar voor delaminatie |
| Sandwichstructuren met holtes | Met een CO2-laser is dit niet mogelijk | Beperkt vermogen |
| Het snijden van materialen met beperkte of beperkte toegang | Zelden mogelijk vanwege de kleine afstand en de grote lasersnijkop | Beperkt door de kleine afstand tussen het mondstuk en het materiaal |
| Eigenschappen van het gesneden materiaal die de verwerking beïnvloeden | Absorptie-eigenschappen van het materiaal op 10,6 m | De hardheid van het materiaal is een sleutelfactor |
| Materiaaldikte waarbij snijden of bewerken economisch is | ~0,12″ tot 0,4″, afhankelijk van het materiaal | ~0,4″ tot 2,0″ |
| Veelvoorkomende toepassingen voor dit proces | Het snijden van vlak plaatstaal van gemiddelde dikte voor plaatbewerking | Het zagen van steen, keramiek en metalen van grotere dikte |
Initiële investering en gemiddelde operationele kosten
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Vereiste initiële kapitaalinvestering | $ 300.000 met een pomp van 20 kW en een tafel van 6,5′ x 4′ | $300.000+ |
| Onderdelen die zullen slijten | Beschermglas, gas mondstukken, plus zowel stof- als deeltjesfilters | Waterstraalsproeier, focussproeier en alle hogedrukcomponenten zoals kleppen, slangen en afdichtingen |
| Gemiddeld energieverbruik van het complete snijsysteem | Stel dat u een CO2-laser van 1500 Watt gebruikt: Elektriciteitsverbruik: 24-40 kW Lasergas (CO2, N2, He): 2-16 l/u Snijgas (O2, N2): 500-2000 l/u | Stel dat u een pomp van 20 kW gebruikt: Elektriciteitsverbruik: 22-35 kW Water: 10 l/u Schuurmiddel: 36 kg/u Afvoer van snijafval |
Precisie van het proces
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Minimale grootte van de snijspleet | 0,006″, afhankelijk van de snijsnelheid | 0,02″ |
| Uiterlijk van het snijvlak | Het snijvlak zal een gestreepte structuur vertonen | Afhankelijk van de snijsnelheid lijkt het alsof het snijvlak gezandstraald is |
| Mate van volledig parallelle snijranden | Goed; af en toe zullen er conische randen te zien zijn | Goed; er is sprake van een ‘staarteffect’ in bochten bij dikkere materialen |
| Verwerkingstolerantie | Ongeveer 0,002″ | Ongeveer 0,008″ |
| Mate van braamvorming op de snede | Er treedt slechts gedeeltelijke braamvorming op | Er vindt geen braamvorming plaats |
| Thermische spanning van materiaal | Er kunnen vervormingen, ontlaten en structurele veranderingen in het materiaal optreden | Er treedt geen thermische spanning op |
| Krachten die tijdens de verwerking op het materiaal in de richting van de gas- of waterstraal werken | Gasdruk poses problemen met dunne werkstukken, afstand kan niet worden gehandhaafd | Hoog: dunne, kleine onderdelen kunnen daardoor slechts in beperkte mate worden bewerkt |
Veiligheidsmaatregelen en werkomgeving
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Persoonlijke veiligheidapparatuurvereisten | Een laserbeschermingsbril is niet absoluut noodzakelijk | Een beschermende veiligheidsbril, gehoorbescherming en bescherming tegen contact met een hogedrukwaterstraal zijn nodig |
| Productie van rook en stof tijdens de verwerking | Komt voor; kunststoffen en sommige metaallegeringen kunnen giftige gassen produceren | Niet toepasbaar voor waterstraalsnijden |
| Geluidsoverlast en gevaar | Zeer laag | Ongewoon hoog |
| Vereisten voor machinereiniging vanwege procesrommel | Weinig opruimen | Hoge schoonmaak |
| Vermindering van afval dat door het proces wordt geproduceerd | Snijafval bestaat voornamelijk uit stof dat vacuümafzuiging en filtering vereist | Er ontstaan grote hoeveelheden snijafval door het mengen van water met schuurmiddelen |