Activitățile de producție cu laser includ în prezent tăierea, sudarea, tratarea termică, placarea, depunerea de vapori, gravarea, însemnarea, tunderea, recoacerea și întărirea la șoc. Procesele de fabricație cu laser concurează atât din punct de vedere tehnic, cât și economic cu procesele de fabricație convenționale și neconvenționale, cum ar fi prelucrarea mecanică și termică, sudarea cu arc, prelucrarea electrochimică și cu descărcare electrică (EDM), tăierea cu jet de apă abrazivă, tăierea cu plasmă și tăierea cu flacără.
Tăierea cu jet de apă este un proces utilizat pentru tăierea materialelor folosind un jet de apă sub presiune de 60.000 de lire sterline pe inch pătrat (psi). Adesea, apa este amestecată cu un abraziv precum granatul care permite tăierea curată a mai multor materiale pentru toleranțe strânse, drept și cu un finisaj bun al marginilor. Jeturile de apă sunt capabile să taie multe materiale industriale, inclusiv oțel inoxidabil, Inconel, titan, aluminiu, oțel pentru scule, ceramică, granit și placă de blindaj. Acest proces generează zgomot semnificativ.
Tabelul care urmează conține o comparație a tăierii metalelor folosind procesul de tăiere cu laser CO2 și procesul de tăiere cu jet de apă în prelucrarea materialului industrial.
§ Diferențe fundamentale de proces
§ Aplicații și utilizări tipice de proces
§ Investiția inițială și costurile medii de exploatare
§ Precizia procesului
§ Considerații de siguranță și mediu de operare
Diferențele fundamentale de proces
| Subiect | Laser Co2 | Tăiere cu jet de apă |
| Metoda de a da energie | Lumină 10,6 m (rază infraroșu îndepărtat) | Apă |
| Sursa de energie | Laser cu gaz | Pompa de inalta presiune |
| Cum se transmite energia | Fascicul ghidat de oglinzi (optica zburătoare); Fibră-transmisie nu fezabil pentru laserul CO2 | Furtunurile rigide de înaltă presiune transmit energia |
| Cum este expulzat materialul tăiat | Jetul de gaz, plus gazul suplimentar expulzează materialul | Un jet de apă de înaltă presiune elimină materialul rezidual |
| Distanța dintre duză și material și toleranța maximă admisă | Aproximativ 0,2″ 0,004″, este necesar senzor de distanță, reglare și axa Z | Aproximativ 0,12″ 0,04″, este necesar senzor de distanță, reglare și axa Z |
| Configurarea fizică a mașinii | Sursa laser este întotdeauna situată în interiorul mașinii | Zona de lucru și pompa pot fi amplasate separat |
| Gama de dimensiuni de masă | 8′ x 4′ până la 20′ x 6.5′ | 8′ x 4′ până la 13′ x 6.5′ |
| Ieșire tipică a fasciculului la piesa de prelucrat | 1500 până la 2600 wați | 4 până la 17 kilowați (4000 bar) |
Aplicații și utilizări tipice de proces
| Subiect | Laser Co2 | Tăiere cu jet de apă |
| Utilizări tipice ale procesului | Taiere, gaurire, gravare, ablatie, structurare, sudare | Tăiere, ablație, structurare |
| Tăierea materialului 3D | Dificil din cauza ghidării rigide a fasciculului și a reglarii distanței | Parțial posibil, deoarece energia reziduală din spatele piesei de prelucrat este distrusă |
| Materiale care pot fi tăiate prin proces | Toate metalele (cu excepția metalelor foarte reflectorizante), toate materialele plastice, sticla și lemnul pot fi tăiate | Toate materialele pot fi tăiate prin acest proces |
| Combinații de materiale | Materialele cu puncte de topire diferite abia pot fi tăiate | Posibil, dar există pericolul de delaminare |
| Structuri tip sandwich cu cavități | Acest lucru nu este posibil cu un laser CO2 | Capacitate limitată |
| Tăierea materialelor cu acces limitat sau afectat | Rareori posibil din cauza distanței mici și a capului mare de tăiere cu laser | Limitat datorită distanței mici dintre duză și material |
| Proprietățile materialului tăiat care influențează prelucrarea | Caracteristicile de absorbție ale materialului la 10,6 m | Duritatea materialului este un factor cheie |
| Grosimea materialului la care tăierea sau prelucrarea este economică | ~0,12" până la 0,4" în funcție de material | ~0,4" până la 2,0" |
| Aplicații comune pentru acest proces | Tăierea tablei plate de oțel de grosime medie pentru prelucrarea tablei | Tăierea pietrei, ceramicii și metalelor de grosime mai mare |
Investiția inițială și costurile medii de exploatare
| Subiect | Laser Co2 | Tăiere cu jet de apă |
| Este necesară investiția de capital inițială | 300.000 USD cu o pompă de 20 kW și o masă de 6,5′ x 4′ | 300.000 USD+ |
| Piese care se vor uza | Sticlă de protecție, gaz duze, plus filtrele de praf și particule | Duză cu jet de apă, duză de focalizare și toate componentele de înaltă presiune, cum ar fi supape, furtunuri și garnituri |
| Consumul mediu de energie al sistemului complet de tăiere | Să presupunem un laser CO2 de 1500 Watt: Utilizarea energiei electrice: 24-40 kW Gaz laser (CO2, N2, He): 2-16 l/h Gaz de tăiere (O2, N2): 500-2000 l/h | Să presupunem că o pompă de 20 kW: Utilizarea energiei electrice: 22-35 kW Apa: 10 l/h Abraziv: 36 kg/h Eliminarea deșeurilor de tăiere |
Precizia procesului
| Subiect | Laser Co2 | Tăiere cu jet de apă |
| Dimensiunea minimă a fantei de tăiere | 0,006″, în funcție de viteza de tăiere | 0,02 inchi |
| Tăiați aspectul suprafeței | Suprafața tăiată va prezenta o structură striată | Suprafața tăiată va părea să fi fost sablata, în funcție de viteza de tăiere |
| Gradul de tăiere a marginilor complet paralele | Bun; ocazional va demonstra margini conice | Bun; există un efect de „coadă” în curbe în cazul materialelor mai groase |
| Toleranță de procesare | Aproximativ 0,002 inchi | Aproximativ 0,008 inchi |
| Gradul de bavuri pe tăietură | Are loc doar bavurare parțială | Nu are loc bavurare |
| Stresul termic al materialului | În material pot apărea deformații, căliri și modificări structurale | Nu apare stres termic |
| Forțe care acționează asupra materialului în direcția jetului de gaz sau apă în timpul procesării | Poze de presiune a gazului probleme cu subțire piese de prelucrat, distanță nu poate fi întreținută | Ridicat: părțile subțiri, mici, pot fi astfel procesate doar într-o măsură limitată |
Considerații de siguranță și mediu de operare
| Subiect | Laser Co2 | Tăiere cu jet de apă |
| Siguranța personalăcerinţele echipamentului | Ochelarii de protecție cu protecție laser nu sunt absolut necesari | Sunt necesari ochelari de protectie, protectie pentru urechi si protectie impotriva contactului cu jetul de apa de inalta presiune |
| Producerea de fum și praf în timpul procesării | Are loc; materialele plastice și unele aliaje metalice pot produce gaze toxice | Nu se aplică pentru tăierea cu jet de apă |
| Poluarea fonică și pericolul | Foarte scăzut | Neobișnuit de ridicat |
| Cerințe de curățare a mașinii din cauza mizeriei procesului | Curățare scăzută | Curățare ridicată |
| Tăierea deșeurilor produse prin proces | Deșeurile de tăiere sunt în principal sub formă de praf care necesită extracție în vid și filtrare | Cantități mari de deșeuri de tăiere apar din cauza amestecării apei cu abrazivi |