Laserové výrobné činnosti v súčasnosti zahŕňajú rezanie, zváranie, tepelné spracovanie, plátovanie, naparovanie, gravírovanie, rytie, orezávanie, žíhanie a šokové kalenie. Laserové výrobné procesy technicky aj ekonomicky konkurujú konvenčným a nekonvenčným výrobným procesom, ako je mechanické a tepelné obrábanie, oblúkové zváranie, elektrochemické obrábanie a obrábanie elektrickým výbojom (EDM), rezanie abrazívnym vodným lúčom, rezanie plazmou a rezanie plameňom.
Rezanie vodným lúčom je proces používaný na rezanie materiálov pomocou prúdu tlakovej vody až 60 000 libier na štvorcový palec (psi). Voda sa často zmiešava s abrazívom, ako je granát, ktorý umožňuje čisté rezanie viacerých materiálov s presnosťou na toleranciu, rovno a s dobrou povrchovou úpravou hrán. Vodné lúče sú schopné rezať mnoho priemyselných materiálov vrátane nehrdzavejúcej ocele, Inconelu, titánu, hliníka, nástrojovej ocele, keramiky, žuly a pancierovej platne. Tento proces vytvára značný hluk.
Nasledujúca tabuľka obsahuje porovnanie rezania kovov pomocou procesu rezania CO2 laserom a procesu rezania vodným lúčom pri priemyselnom spracovaní materiálov.
§ Základné procesné rozdiely
§ Typické procesné aplikácie a použitia
§ Počiatočná investícia a priemerné prevádzkové náklady
§ Presnosť procesu
§ Bezpečnostné hľadiská a prevádzkové prostredie
Základné procesné rozdiely
| Predmet | Co2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Spôsob odovzdávania energie | Svetlo 10,6 m (ďaleký infračervený rozsah) | Voda |
| Zdroj energie | Plynový laser | Vysokotlakové čerpadlo |
| Ako sa prenáša energia | Lúč vedený zrkadlami (lietajúca optika); vlákno-prenos nie možné pre CO2 laser | Pevné vysokotlakové hadice prenášajú energiu |
| Ako sa vytláča porezaný materiál | Plynový prúd a ďalší plyn vytláča materiál | Vysokotlakový prúd vody vytláča odpadový materiál |
| Vzdialenosť medzi tryskou a materiálom a maximálna prípustná tolerancia | Potrebný je približne 0,2″ 0,004″, snímač vzdialenosti, regulácia a os Z | Potrebný je približne 0,12″ 0,04″, snímač vzdialenosti, regulácia a os Z |
| Fyzické nastavenie stroja | Laserový zdroj sa vždy nachádza vo vnútri stroja | Pracovná plocha a čerpadlo môžu byť umiestnené samostatne |
| Rozsah veľkostí stolov | 8′ x 4′ až 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ až 13′ x 6,5′ |
| Typický výstup lúča na obrobku | 1500 až 2600 wattov | 4 až 17 kilowattov (4000 barov) |
Typické procesné aplikácie a použitia
| Predmet | Co2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Typické použitie procesu | Rezanie, vŕtanie, gravírovanie, ablácia, štruktúrovanie, zváranie | Rezanie, ablácia, štruktúrovanie |
| 3D rezanie materiálu | Náročné kvôli tuhému vedeniu lúča a regulácii vzdialenosti | Čiastočne možné, pretože zvyšková energia za obrobkom je zničená |
| Materiály, ktoré je možné týmto procesom rezať | Všetky kovy (okrem kovov s vysokou odrazivosťou), všetky plasty, sklo a drevo je možné rezať | Týmto procesom je možné rezať všetky materiály |
| Materiálové kombinácie | Materiály s rôznymi bodmi topenia sa dajú sotva rezať | Možné, ale existuje nebezpečenstvo delaminácie |
| Sendvičové štruktúry s dutinami | To s CO2 laserom nie je možné | Obmedzená schopnosť |
| Rezanie materiálov s obmedzeným alebo sťaženým prístupom | Zriedkavo možné kvôli malej vzdialenosti a veľkej laserovej reznej hlave | Obmedzené kvôli malej vzdialenosti medzi tryskou a materiálom |
| Vlastnosti rezaného materiálu, ktoré ovplyvňujú spracovanie | Absorpčná charakteristika materiálu pri 10,6m | Tvrdosť materiálu je kľúčovým faktorom |
| Hrúbka materiálu, pri ktorej je rezanie alebo spracovanie ekonomické | ~0,12 ″ až 0,4 ″ v závislosti od materiálu | ~0,4″ až 2,0″ |
| Bežné aplikácie pre tento proces | Rezanie plochého oceľového plechu strednej hrúbky na spracovanie plechu | Rezanie kameňa, keramiky a kovov väčších hrúbok |
Počiatočná investícia a priemerné prevádzkové náklady
| Predmet | Co2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Vyžaduje sa počiatočná kapitálová investícia | 300 000 dolárov s 20 kW čerpadlom a stolom 6,5 ′ x 4 ′ | 300 000 dolárov a viac |
| Časti, ktoré sa opotrebujú | Ochranné sklo, plyn trysky a prachové aj časticové filtre | Tryska s vodným lúčom, zaostrovacia tryska a všetky vysokotlakové komponenty, ako sú ventily, hadice a tesnenia |
| Priemerná spotreba energie celého rezacieho systému | Predpokladajme, že 1500 W CO2 laser: Spotreba elektrickej energie: 24-40 kW Laserový plyn (CO2, N2, He): 2-16 l/h Rezný plyn (O2, N2): 500-2000 l/h | Predpokladajme 20 kW čerpadlo: Spotreba elektrickej energie: 22-35 kW Voda: 10 l/h Brúsivo: 36 kg/h Likvidácia odpadu z rezania |
Precíznosť procesu
| Predmet | Co2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Minimálna veľkosť reznej štrbiny | 0,006″, v závislosti od rýchlosti rezania | 0,02″ |
| Vzhľad povrchu rezu | Rezaný povrch bude vykazovať pruhovanú štruktúru | V závislosti od rýchlosti rezania bude povrch rezu vyzerať ako opieskovaný |
| Stupeň rezu hrán úplne rovnobežne | Dobrý; občas ukáže kónické hrany | Dobrý; v prípade hrubších materiálov dochádza v krivkách k „chvostovému“ efektu |
| Tolerancia spracovania | Približne 0,002″ | Približne 0,008″ |
| Stupeň otrepu na reze | Dochádza len k čiastočnému otrepaniu | Nedochádza k otrepaniu |
| Tepelné namáhanie materiálu | V materiáli môže dôjsť k deformácii, popúšťaniu a štrukturálnym zmenám | Nedochádza k tepelnému namáhaniu |
| Sily pôsobiace na materiál v smere prúdu plynu alebo vody počas spracovania | Tlak plynu predstavuje problémy s tenkým obrobky, vzdialenosť nie je možné udržiavať | Vysoká: tenké, malé diely je teda možné spracovať len v obmedzenej miere |
Bezpečnostné hľadiská a prevádzkové prostredie
| Predmet | Co2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Osobná bezpečnosťpožiadavky na vybavenie | Ochranné okuliare na ochranu pred laserom nie sú absolútne nevyhnutné | Potrebné sú ochranné okuliare, ochrana sluchu a ochrana pred kontaktom s vysokotlakovým prúdom vody |
| Produkcia dymu a prachu pri spracovaní | Vyskytuje sa; plasty a niektoré kovové zliatiny môžu produkovať toxické plyny | Nevzťahuje sa na rezanie vodným lúčom |
| Hlukové znečistenie a nebezpečenstvo | Veľmi nízka | Nezvyčajne vysoké |
| Požiadavky na čistenie stroja v dôsledku procesného neporiadku | Nízke čistenie | Vysoké čistenie |
| Rezanie odpadu produkovaného týmto procesom | Odpad z rezania je hlavne vo forme prachu, ktorý vyžaduje odsávanie a filtrovanie | Veľké množstvo rezného odpadu vzniká zmiešaním vody s abrazívami |