Лазерное производство в настоящее время включает резку, сварку, термообработку, плакирование, осаждение из паровой фазы, гравировку, скрайбирование, обрезку, отжиг и ударную закалку. Лазерные производственные процессы технически и экономически конкурируют с традиционными и нетрадиционными производственными процессами, такими как механическая и термическая обработка, дуговая сварка, электрохимическая и электроэрозионная обработка (EDM), гидроабразивная резка, плазменная резка и газовая резка.
Гидроабразивная резка — это процесс, используемый для резки материалов с использованием струи воды под давлением до 60 000 фунтов на квадратный дюйм (фунт на квадратный дюйм). Часто воду смешивают с абразивом, например гранатом, который позволяет разрезать больше материалов чисто, с жесткими допусками, под прямым углом и с хорошей обработкой кромок. Водоструйные аппараты способны резать многие промышленные материалы, включая нержавеющую сталь, инконель, титан, алюминий, инструментальную сталь, керамику, гранит и броневые пластины. Этот процесс генерирует значительный шум.
В следующей таблице приведено сравнение резки металла с использованием процесса резки CO2-лазером и процесса водоструйной резки при промышленной обработке материалов.
§ Фундаментальные различия процессов
§ Типичные технологические применения и использование
§ Первоначальные инвестиции и средние эксплуатационные расходы
§ Точность процесса
§ Соображения безопасности и рабочая среда
Фундаментальные различия в процессах
| Предмет | СО2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Метод передачи энергии | Свет 10,6 м (дальний инфракрасный диапазон) | Вода |
| Источник энергии | Газовый лазер | Насос высокого давления |
| Как передается энергия | Наведение луча по зеркалам (летающая оптика); передача по оптоволокну нет возможно для CO2-лазера | Жесткие шланги высокого давления передают энергию |
| Как удаляется срезанный материал | Газовая струя плюс дополнительный газ вытесняет материал | Струя воды под высоким давлением выбрасывает отходы. |
| Расстояние между соплом и материалом и максимально допустимый допуск | Приблизительно 0,2″ 0,004″, необходим датчик расстояния, регулирование и ось Z. | Примерно 0,12″ 0,04″, необходим датчик расстояния, регулирование и ось Z. |
| Физическая настройка машины | Лазерный источник всегда расположен внутри машины | Рабочая зона и насос могут располагаться раздельно. |
| Диапазон размеров стола | От 8 х 4 до 20 х 6,5 футов | От 8 х 4 до 13 х 6,5 футов |
| Типичный выход луча на заготовке | От 1500 до 2600 Вт | От 4 до 17 киловатт (4000 бар) |
Типичные технологические применения и использование
| Предмет | СО2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Типичное использование процесса | Резка, сверление, гравировка, абляция, структурирование, сварка | Резка, абляция, структурирование |
| 3D резка материала | Трудно из-за жесткого наведения луча и регулирования расстояния | Частично возможно, поскольку остаточная энергия за заготовкой уничтожается. |
| Материалы, которые можно разрезать в процессе | Можно резать все металлы (за исключением металлов с высокой отражающей способностью), любой пластик, стекло и дерево. | С помощью этого процесса можно разрезать все материалы. |
| Комбинации материалов | Материалы с разной температурой плавления практически невозможно разрезать. | Возможно, но есть опасность расслоения |
| Сэндвич-конструкции с полостями | Это невозможно с CO2-лазером. | Ограниченные возможности |
| Резка материалов с ограниченным или затрудненным доступом | Редко возможно из-за небольшого расстояния и большой лазерной режущей головки. | Ограничено из-за небольшого расстояния между соплом и материалом. |
| Свойства разрезаемого материала, влияющие на обработку | Характеристики поглощения материала на расстоянии 10,6 м | Твердость материала – ключевой фактор |
| Толщина материала, при которой резка или обработка экономичны. | От ~0,12″ до 0,4″ в зависимости от материала | От ~0,4″ до 2,0″ |
| Общие приложения для этого процесса | Резка листовой стали средней толщины для обработки листового металла | Резка камня, керамики и металлов большей толщины. |
Первоначальные инвестиции и средние эксплуатационные расходы
| Предмет | СО2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Требуются первоначальные капиталовложения | 300 000 долларов США с насосом мощностью 20 кВт и столом размером 6,5 x 4 дюйма. | $300 000+ |
| Детали, которые будут изнашиваться | Защитное стекло, газ. насадки, а также фильтры для пыли и частиц | Водоструйное сопло, фокусирующее сопло и все компоненты высокого давления, такие как клапаны, шланги и уплотнения. |
| Среднее энергопотребление всей режущей системы | Предположим, CO2-лазер мощностью 1500 Вт: Использование электроэнергии: 24-40 кВт Лазерный газ (CO2, N2, He): 2-16 л/ч Режущий газ (O2, N2): 500-2000 л/ч | Предположим, насос мощностью 20 кВт: Использование электроэнергии: 22-35 кВт Вода: 10 л/ч Абразив: 36 кг/ч Утилизация отходов резки |
Точность процесса
| Предмет | СО2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Минимальный размер режущей щели | 0,006″, в зависимости от скорости резания | 0,02″ |
| Внешний вид поверхности среза | Поверхность разреза будет иметь полосатую структуру. | Поверхность среза будет выглядеть как обработанная пескоструйной обработкой, в зависимости от скорости резки. |
| Степень обрезки кромок до полной параллельности | Хороший; иногда демонстрируют конические края | Хороший; в случае более толстых материалов на кривых наблюдается эффект «хвоста» |
| Допуск обработки | Примерно 0,002″ | Примерно 0,008″ |
| Степень заусенцев на срезе | Происходит только частичное заусенцев | Никаких заусенцев не происходит |
| Термическое напряжение материала | В материале могут возникнуть деформация, отпуск и структурные изменения. | Никакого термического напряжения не возникает |
| Силы, действующие на материал в направлении струи газа или воды во время обработки. | Позы давления газа проблемы с тонким детали, расстояние не может быть сохранен | Высокая: тонкие, мелкие детали могут обрабатываться только в ограниченной степени. |
Соображения безопасности и рабочая среда
| Предмет | СО2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Личная безопасностьтребования к оборудованию | Защитные очки для лазерной защиты не являются абсолютно необходимыми. | Необходимы защитные очки, средства защиты органов слуха и защита от контакта с струей воды под высоким давлением. |
| Образование дыма и пыли во время обработки | Имеет место; пластмассы и некоторые металлические сплавы могут выделять токсичные газы. | Неприменимо для гидроабразивной резки. |
| Шумовое загрязнение и опасность | Очень низкий | Необычно высокий |
| Требования к очистке машины из-за технологического беспорядка | Низкая очистка | Высокая степень очистки |
| Сокращение отходов, образующихся в процессе | Отходы резки в основном представляют собой пыль, требующую вакуумной экстракции и фильтрации. | Большое количество отходов резки возникает из-за смешивания воды с абразивами. |