Działalność związana z produkcją laserową obejmuje obecnie cięcie, spawanie, obróbkę cieplną, napawanie, naparowywanie, grawerowanie, trasowanie, przycinanie, wyżarzanie i hartowanie udarowe. Laserowe procesy produkcyjne konkurują zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym z konwencjonalnymi i niekonwencjonalnymi procesami produkcyjnymi, takimi jak obróbka mechaniczna i termiczna, spawanie łukowe, obróbka elektrochemiczna i elektroerozyjna (EDM), cięcie strumieniem wody ze ścierniwem, cięcie plazmowe i cięcie płomieniowe.
Cięcie strumieniem wody to proces stosowany do cięcia materiałów przy użyciu strumienia wody pod ciśnieniem o wartości 60 000 funtów na cal kwadratowy (psi). Często woda jest mieszana z materiałem ściernym, takim jak granat, który umożliwia czyste cięcie większej liczby materiałów z wąskimi tolerancjami, prosto i z dobrym wykończeniem krawędzi. Strumień wody umożliwia cięcie wielu materiałów przemysłowych, w tym stali nierdzewnej, Inconelu, tytanu, aluminium, stali narzędziowej, ceramiki, granitu i płyt pancernych. Proces ten generuje znaczny hałas.
Poniższa tabela zawiera porównanie cięcia metalu procesem cięcia laserem CO2 i procesem cięcia strumieniem wody w przemysłowej obróbce materiałów.
§ Podstawowe różnice w procesach
§ Typowe zastosowania i zastosowania procesowe
§ Początkowa inwestycja i średnie koszty operacyjne
§ Precyzja procesu
§ Względy bezpieczeństwa i środowisko pracy
Podstawowe różnice procesowe
| Temat | Laser Co2 | Cięcie strumieniem wody |
| Sposób przekazywania energii | Światło 10,6 m (zakres dalekiej podczerwieni) | Woda |
| Źródło energii | Laser gazowy | Pompa wysokociśnieniowa |
| Jak przekazywana jest energia | Wiązka prowadzona przez zwierciadła (optyka latająca); transmisja światłowodowa nie możliwe dla lasera CO2 | Sztywne węże wysokociśnieniowe przenoszą energię |
| Sposób wydalania ciętego materiału | Strumień gazu plus dodatkowy gaz wyrzuca materiał | Strumień wody pod wysokim ciśnieniem wyrzuca odpady |
| Odległość dyszy od materiału i maksymalna dopuszczalna tolerancja | Około 0,2″ 0,004″, niezbędny czujnik odległości, regulacja i oś Z | Około 0,12″ 0,04″, niezbędny czujnik odległości, regulacja i oś Z |
| Fizyczna konfiguracja maszyny | Źródło lasera zawsze znajduje się wewnątrz maszyny | Obszar roboczy i pompę można umieścić oddzielnie |
| Zakres rozmiarów stołów | 8′ x 4′ do 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ do 13′ x 6,5′ |
| Typowy strumień świetlny na obrabianym przedmiocie | 1500 do 2600 watów | 4 do 17 kilowatów (4000 barów) |
Typowe zastosowania i zastosowania procesowe
| Temat | Laser Co2 | Cięcie strumieniem wody |
| Typowe zastosowania procesowe | Cięcie, wiercenie, grawerowanie, ablacja, strukturyzacja, spawanie | Cięcie, ablacja, strukturyzacja |
| Cięcie materiału 3D | Utrudnione ze względu na sztywne prowadzenie wiązki i regulację odległości | Częściowo możliwe, ponieważ energia resztkowa za przedmiotem obrabianym ulega zniszczeniu |
| Materiały, które można ciąć w procesie | Można ciąć wszystkie metale (z wyjątkiem metali silnie odblaskowych), wszystkie tworzywa sztuczne, szkło i drewno | W tym procesie można ciąć wszystkie materiały |
| Kombinacje materiałów | Materiały o różnych temperaturach topnienia ledwo dają się ciąć | Możliwe, ale istnieje niebezpieczeństwo rozwarstwienia |
| Struktury warstwowe z wgłębieniami | Nie jest to możliwe w przypadku lasera CO2 | Ograniczona zdolność |
| Cięcie materiałów, do których dostęp jest ograniczony lub utrudniony | Rzadko możliwe ze względu na małą odległość i dużą głowicę do cięcia laserowego | Ograniczone ze względu na małą odległość pomiędzy dyszą a materiałem |
| Właściwości ciętego materiału mające wpływ na obróbkę | Charakterystyka absorpcji materiału przy 10,6 m | Twardość materiału jest kluczowym czynnikiem |
| Grubość materiału, przy której cięcie lub obróbka jest ekonomiczna | ~0,12″ do 0,4″ w zależności od materiału | ~0,4″ do 2,0″ |
| Typowe zastosowania tego procesu | Cięcie płaskich blach stalowych średniej grubości do obróbki blach | Cięcie kamienia, ceramiki i metali o większej grubości |
Początkowa inwestycja i średnie koszty operacyjne
| Temat | Laser Co2 | Cięcie strumieniem wody |
| Wymagana inwestycja kapitału początkowego | 300 000 dolarów z pompą o mocy 20 kW i stołem o wymiarach 6,5 x 4 cale | Ponad 300 000 dolarów |
| Części, które ulegną zużyciu | Szkło ochronne, gaz dysze oraz filtry przeciwpyłowe i cząsteczkowe | Dysza strumieniowa wody, dysza ogniskująca i wszystkie elementy wysokociśnieniowe, takie jak zawory, węże i uszczelki |
| Średnie zużycie energii przez cały system cięcia | Załóżmy, że laser CO2 o mocy 1500 W: Zużycie energii elektrycznej: 24-40 kW Gaz laserowy (CO2, N2, He): 2-16 l/godz Gaz tnący (O2, N2): 500-2000 l/h | Załóżmy, że pompa o mocy 20 kW: Zużycie energii elektrycznej: 22-35 kW Woda: 10 l/h Ziarno: 36 kg/h Utylizacja odpadów po cięciu |
Precyzja procesu
| Temat | Laser Co2 | Cięcie strumieniem wody |
| Minimalny rozmiar szczeliny tnącej | 0,006″, w zależności od prędkości skrawania | 0,02″ |
| Wygląd powierzchni cięcia | Na powierzchni cięcia będzie widoczna struktura prążkowana | W zależności od prędkości cięcia powierzchnia cięcia będzie sprawiać wrażenie piaskowanej |
| Stopień przycięcia krawędzi do całkowicie równoległego | Dobry; czasami będzie wykazywać stożkowe krawędzie | Dobry; w przypadku grubszych materiałów występuje efekt „ogoniastego” na krzywiznach |
| Tolerancja przetwarzania | Około 0,002 cala | Około 0,008 cala |
| Stopień zadziorów na nacięciu | Występuje tylko częściowe zadziorowanie | Nie występuje zadzior |
| Naprężenie termiczne materiału | W materiale mogą wystąpić odkształcenia, odpuszczanie i zmiany strukturalne | Nie występuje żadne naprężenie termiczne |
| Siły działające na materiał w kierunku strumienia gazu lub wody podczas obróbki | Pozycje pod ciśnieniem gazu problemy z cienkim detale, odległość nie może zostać utrzymany | Wysoka: cienkie, małe części można zatem przetwarzać tylko w ograniczonym stopniu |
Względy bezpieczeństwa i środowisko pracy
| Temat | Laser Co2 | Cięcie strumieniem wody |
| Bezpieczeństwo osobistewymagania sprzętowe | Okulary ochronne chroniące przed promieniowaniem laserowym nie są absolutnie konieczne | Niezbędne są okulary ochronne, nauszniki i ochrona przed kontaktem ze strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem |
| Wytwarzanie dymu i pyłu podczas przetwarzania | Występuje; tworzywa sztuczne i niektóre stopy metali mogą wytwarzać toksyczne gazy | Nie dotyczy cięcia strumieniem wody |
| Zanieczyszczenie hałasem i zagrożenie | Bardzo niski | Niezwykle wysoki |
| Wymagania dotyczące czyszczenia maszyn ze względu na bałagan procesowy | Niskie sprzątanie | Wysokie sprzątanie |
| Cięcie odpadów powstałych w procesie | Odpady po cięciu występują głównie w postaci pyłów wymagających odsysania próżniowego i filtrowania | W wyniku zmieszania wody ze środkami ściernymi powstają duże ilości odpadów po cięciu |