Lasertillverkningsaktiviteter inkluderar för närvarande skärning, svetsning, värmebehandling, beklädnad, ångavsättning, gravering, ritsning, trimning, glödgning och stöthärdning. Lasertillverkningsprocesser konkurrerar både tekniskt och ekonomiskt med konventionella och icke-konventionella tillverkningsprocesser såsom mekanisk och termisk bearbetning, bågsvetsning, elektrokemisk och elektrisk urladdningsbearbetning (EDM), abrasiv vattenstråleskärning, plasmaskärning och flamskärning.
Vattenstråleskärning är en process som används för att skära material med en stråle av tryckvatten så högt 60 000 pund per kvadrattum (psi). Ofta blandas vattnet med en slipmedelsliknande granat som gör att fler material kan skäras rent med snäva toleranser, rakt och med en bra kantfinish. Vattenstrålar kan skära många industriella material inklusive rostfritt stål, Inconel, titan, aluminium, verktygsstål, keramik, granit och pansarplåt. Denna process genererar betydande brus.
Tabellen som följer innehåller en jämförelse av metallskärning med CO2-laserskärning och vattenstråleskärning vid industriell materialbearbetning.
§ Grundläggande processskillnader
§ Typiska processtillämpningar och användningar
§ Initialinvestering och genomsnittliga driftskostnader
§ Precision av processen
§ Säkerhetshänsyn och driftsmiljö
Grundläggande processskillnader
| Ämne | Co2 laser | Vattenstråleskärning |
| Metod för att förmedla energi | Ljus 10,6 m (fjärr infraröd räckvidd) | Vatten |
| Energikälla | Gaslaser | Högtryckspump |
| Hur energi överförs | Stråle styrd av speglar (flygoptik); fiberöverföring inte möjligt för CO2-laser | Styva högtrycksslangar överför energin |
| Hur klippt material utvisas | Gasstråle plus ytterligare gas driver ut material | En högtrycksvattenstråle driver ut avfallsmaterial |
| Avstånd mellan munstycke och material och högsta tillåtna tolerans | Cirka 0,2″ 0,004″, avståndssensor, reglering och Z-axel nödvändig | Cirka 0,12″ 0,04″, avståndssensor, reglering och Z-axel nödvändig |
| Fysisk maskininställning | Laserkällan finns alltid inuti maskinen | Arbetsområdet och pumpen kan placeras separat |
| Utbud av bordsstorlekar | 8′ x 4′ till 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ till 13′ x 6,5′ |
| Typisk stråleffekt vid arbetsstycket | 1500 till 2600 watt | 4 till 17 kilowatt (4000 bar) |
Typiska processtillämpningar och användningar
| Ämne | Co2 laser | Vattenstråleskärning |
| Typiska processanvändningar | Skärning, borrning, gravering, ablation, strukturering, svetsning | Skärning, ablation, strukturering |
| 3D material skärning | Svårt på grund av stel strålstyrning och reglering av avstånd | Delvis möjligt eftersom restenergi bakom arbetsstycket förstörs |
| Material som kan skäras genom processen | Alla metaller (exklusive högreflekterande metaller), all plast, glas och trä kan skäras | Allt material kan skäras genom denna process |
| Materialkombinationer | Material med olika smältpunkter kan knappt skäras | Möjligt, men det finns risk för delaminering |
| Sandwichstrukturer med håligheter | Detta är inte möjligt med en CO2-laser | Begränsad förmåga |
| Skärmaterial med begränsad eller försämrad åtkomst | Sällan möjligt på grund av litet avstånd och det stora laserskärhuvudet | Begränsad på grund av det lilla avståndet mellan munstycket och materialet |
| Det skurna materialets egenskaper som påverkar bearbetningen | Materialets absorptionsegenskaper vid 10,6 m | Materialets hårdhet är en nyckelfaktor |
| Materialtjocklek vid vilken skärning eller bearbetning är ekonomisk | ~0,12″ till 0,4″ beroende på material | ~0,4" till 2,0" |
| Vanliga applikationer för denna process | Skärning av platt stålplåt av medeltjocklek för plåtbearbetning | Skärning av sten, keramik och metaller med större tjocklek |
Initial investering och genomsnittliga driftskostnader
| Ämne | Co2 laser | Vattenstråleskärning |
| Initial kapitalinvestering krävs | 300 000 $ med en 20 kW pump och ett 6,5′ x 4′ bord | $300 000+ |
| Delar som kommer att slitas ut | Skyddsglas, gas munstycken, plus både damm och partikelfiltren | Vattenstrålemunstycke, fokuseringsmunstycke och alla högtryckskomponenter som ventiler, slangar och tätningar |
| Genomsnittlig energiförbrukning för komplett skärsystem | Antag en 1500 Watt CO2laser: Elektrisk energianvändning: 24-40 kW Lasergas (CO2, N2, He): 2-16 l/h Skärgas (O2, N2): 500-2000 l/h | Antag en 20 kW pump: Elektrisk energianvändning: 22-35 kW Vatten: 10 l/h Slipmedel: 36 kg/h Omhändertagande av skäravfall |
Precision av processen
| Ämne | Co2 laser | Vattenstråleskärning |
| Minsta storlek på skärskåran | 0,006″, beroende på skärhastighet | 0,02 tum |
| Skärytans utseende | Skärytan kommer att visa en strimmig struktur | Skärytan kommer att se ut att ha varit sandblästrad, beroende på skärhastigheten |
| Grad av skurna kanter till helt parallella | Bra; kommer ibland att visa koniska kanter | Bra; det finns en "svansad" effekt i kurvor vid tjockare material |
| Bearbetningstolerans | Cirka 0,002 tum | Cirka 0,008 tum |
| Grad av grader på snittet | Endast partiell gradning förekommer | Ingen gradning förekommer |
| Termisk spänning av material | Deformation, anlöpning och strukturella förändringar kan förekomma i materialet | Ingen termisk stress uppstår |
| Krafter som verkar på materialet i riktning mot gas eller vattenstråle under bearbetning | Gastryck poserar problem med tunn arbetsstycken, avstånd inte kan upprätthållas | Hög: tunna, små delar kan därför endast bearbetas i begränsad omfattning |
Säkerhetshänsyn och driftsmiljö
| Ämne | Co2 laser | Vattenstråleskärning |
| Personlig säkerhetutrustningskrav | Laserskyddsglasögon är inte absolut nödvändigt | Skyddsglasögon, hörselskydd och skydd mot kontakt med högtrycksvattenstråle behövs |
| Produktion av rök och damm under bearbetning | Förekommer; plast och vissa metallegeringar kan producera giftiga gaser | Ej tillämpligt för vattenstråleskärning |
| Bullerföroreningar och fara | Mycket låg | Ovanligt högt |
| Krav på maskinrengöring på grund av processröra | Låg städning | Högstädning |
| Skära avfall som produceras av processen | Skäravfall är främst i form av damm som kräver vakuumutsug och filtrering | Stora mängder skäravfall uppstår på grund av att vatten blandas med slipmedel |