Laserproductieactiviteiten omvatten momenteel snijden, lassen, warmtebehandeling, cladden, opdampen, graveren, krassen, trimmen, gloeien en schokharden. Laserproductieprocessen concurreren zowel technisch als economisch met conventionele en niet-conventionele productieprocessen zoals mechanische en thermische bewerking, booglassen, elektrochemische en elektrische ontladingsbewerking (EDM), abrasief waterstraalsnijden, plasmasnijden en vlamsnijden.
Waterstraalsnijden is een proces dat wordt gebruikt om materialen te snijden met behulp van een straal water onder druk van wel 60.000 pond per vierkante inch (psi). Vaak wordt het water gemengd met een schuurmiddel zoals granaat, waardoor meer materialen schoon en met nauwe toleranties, vierkant en met een goede randafwerking kunnen worden gesneden. Waterstralen kunnen veel industriële materialen snijden, waaronder roestvrij staal, inconel, titanium, aluminium, gereedschapsstaal, keramiek, graniet en pantserplaten. Dit proces genereert aanzienlijke ruis.
De onderstaande tabel bevat een vergelijking van het snijden van metaal met behulp van het CO2-lasersnijproces en het waterstraalsnijproces bij industriële materiaalverwerking.
§ Fundamentele procesverschillen
§ Typische procestoepassingen en gebruiken
§ Initiële investering en gemiddelde exploitatiekosten
§ Precisie van het proces
§ Veiligheidsoverwegingen en werkomgeving
Fundamentele procesverschillen
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Methode voor het overbrengen van energie | Licht 10,6 m (ver-infraroodbereik) | Water |
| Bron van energie | Gaslaser | Hogedrukpomp |
| Hoe energie wordt overgedragen | Straal geleid door spiegels (vliegende optica); glasvezeltransmissie niet haalbaar voor CO2-laser | Stijve hogedrukslangen brengen de energie over |
| Hoe gesneden materiaal wordt uitgedreven | Gasstraal plus extra gas verdrijft materiaal | Een hogedrukwaterstraal verdrijft het afvalmateriaal |
| Afstand tussen mondstuk 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 bevindt zich altijd in de machine | Het werkgebied en de pomp kunnen afzonderlijk worden geplaatst |
| Assortiment tafelafmetingen | 8′ x 4′ tot 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ tot 13′ x 6,5′ |
| Typische straaluitvoer op 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 restenergie 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 | Alle materialen kunnen door dit proces worden gesneden |
| Materiaalcombinaties | Materialen met verschillende smeltpunten kunnen nauwelijks worden gesneden | Mogelijk, maar er bestaat gevaar voor delaminatie |
| Sandwichstructuren met holtes | Met een CO2-laser is dit niet mogelijk | Beperkt vermogen |
| Snijden van materialen met beperkte of beperkte toegang | Zelden mogelijk vanwege kleine afstand en de grote lasersnijkop | Beperkt vanwege de kleine afstand tussen de spuitmond en het materiaal |
| Eigenschappen van het snijmateriaal die de verwerking beïnvloeden | Absorptiekarakteristieken van materiaal op 10,6 m | Materiaalhardheid is een sleutelfactor |
| Materiaaldikte waarbij snijden of bewerken economisch is | ~0,12″ tot 0,4″ afhankelijk van het materiaal | ~0,4″ tot 2,0″ |
| Veel voorkomende toepassingen voor dit proces | Snijden van vlak plaatstaal van gemiddelde dikte voor plaatbewerking | Snijden van steen, keramiek en metalen met een grotere dikte |
Initiële investering en gemiddelde exploitatiekosten
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Initiële kapitaalinvestering vereist | $ 300.000 met een pomp van 20 kW en een tafel van 6,5 'x 4' | $300.000+ |
| Onderdelen die zullen verslijten | Beschermglas, gas sproeiers, plus zowel stof- als deeltjesfilters | Waterstraalmondstuk, focusseermondstuk en alle hogedrukcomponenten zoals kleppen, slangen en afdichtingen |
| Gemiddeld energieverbruik van compleet snijsysteem | Stel een 1500 Watt CO2laser: Elektrisch stroomverbruik: 24-40 kW Lasergas (CO2, N2, He): 2-16 l/u Snijgas (O2, N2): 500-2000 l/u | Stel een pomp van 20 kW: Elektrisch stroomverbruik: 22-35 kW Water: 10 l/u Schuurmiddel: 36 kg/u Verwijdering van snijafval |
Precisie van het proces
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Minimale grootte van de snijgleuf | 0,006″, afhankelijk van de snijsnelheid | 0,02″ |
| Uiterlijk van het snijoppervlak | Het snijoppervlak vertoont een gestreepte structuur | Afhankelijk van de snijsnelheid lijkt het snijoppervlak gezandstraald |
| Mate van snijranden tot volledig parallel | Goed; zal af en toe conische randen vertonen | Goed; bij dikkere materialen treedt er een “staarteffect” op in rondingen |
| Verwerkingstolerantie | Ongeveer 0,002″ | Ongeveer 0,008″ |
| Mate van bramen op de snede | Er treedt slechts gedeeltelijke braamvorming op | Er treedt geen braamvorming op |
| Thermische spanning van materiaal | Er kunnen vervormingen, tempering en structurele veranderingen in het materiaal optreden | Er treedt geen thermische spanning op |
| Krachten die tijdens de bewerking op het materiaal inwerken in de richting van een gas- of waterstraal | Gasdruk vormt problemen met dun werkstukken, afstand kan niet worden gehandhaafd | Hoog: dunne, kleine onderdelen kunnen daardoor slechts in beperkte mate worden verwerkt |
Veiligheidsoverwegingen en werkomgeving
| Onderwerp | Co2-laser | Waterstraalsnijden |
| Persoonlijke veiligheiduitrustingsvereisten | Een veiligheidsbril met laserbescherming is niet absoluut noodzakelijk | Een beschermende veiligheidsbril, gehoorbescherming en bescherming tegen contact met hogedrukwaterstralen 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 | Ongebruikelijk hoog |
| Machinereinigingsvereisten vanwege procesrommel | Lage schoonmaak | Hoge schoonmaak |
| Het verminderen van afval dat door het proces wordt geproduceerd | Snijafval bestaat voornamelijk uit stof dat vacuümafzuiging en filtering vereist | Door het mengen van water met schuurmiddelen ontstaan grote hoeveelheden snijafval |