กิจกรรมการผลิตเลเซอร์ในปัจจุบัน ได้แก่ การตัด การเชื่อม การอบชุบด้วยความร้อน การหุ้ม การสะสมไอ การแกะสลัก การขีดเขียน การตัดแต่ง การอบอ่อน และการชุบแข็งด้วยแรงกระแทก กระบวนการผลิตเลเซอร์แข่งขันกันทั้งในทางเทคนิคและเชิงเศรษฐกิจกับกระบวนการผลิตแบบธรรมดาและแบบแหวกแนว เช่น การตัดเฉือนด้วยเครื่องกลและความร้อน การเชื่อมอาร์ก การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้าเคมี และการปล่อยกระแสไฟฟ้า (EDM) การตัดด้วยพลังน้ำที่มีฤทธิ์กัดกร่อน การตัดด้วยพลาสม่า และการตัดด้วยไฟ
การตัดด้วยพลังน้ำเป็นกระบวนการที่ใช้ในการตัดวัสดุโดยใช้กระแสน้ำแรงดันสูงที่สูงถึง 60,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) บ่อยครั้งที่น้ำผสมกับสารกัดกร่อนเช่นโกเมน ซึ่งช่วยให้สามารถตัดวัสดุได้อย่างหมดจดมากขึ้นเพื่อให้พิกัดความคลาดเคลื่อนใกล้เคียงกัน และมีการตกแต่งขอบที่ดี เครื่องฉีดน้ำสามารถตัดวัสดุอุตสาหกรรมได้หลายประเภท เช่น สแตนเลส อินโคเนล ไทเทเนียม อลูมิเนียม เหล็กเครื่องมือ เซรามิก หินแกรนิต และแผ่นเกราะ กระบวนการนี้ทำให้เกิดเสียงรบกวนอย่างมาก
ตารางต่อไปนี้ประกอบด้วยการเปรียบเทียบการตัดโลหะโดยใช้กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ CO2 และกระบวนการตัดด้วยพลังน้ำในการแปรรูปวัสดุอุตสาหกรรม
§ ความแตกต่างของกระบวนการพื้นฐาน
§ การใช้งานและการใช้งานกระบวนการทั่วไป
§ การลงทุนเริ่มแรกและต้นทุนการดำเนินงานโดยเฉลี่ย
§ ความแม่นยำของกระบวนการ
§ ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและสภาพแวดล้อมในการทำงาน
ความแตกต่างของกระบวนการพื้นฐาน
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | เครื่องตัดพลังน้ำ |
| วิธีการให้พลังงาน | แสง 10.6 ม. (ช่วงอินฟราเรดไกล) | น้ำ |
| แหล่งพลังงาน | แก๊สเลเซอร์ | ปั๊มแรงดันสูง |
| พลังงานถูกส่งอย่างไร | ลำแสงนำทางด้วยกระจก (เลนส์บิน); ไม่ใช่การส่งผ่านไฟเบอร์ เป็นไปได้สำหรับเลเซอร์ CO2 | ท่อแรงดันสูงแบบแข็งจะส่งพลังงาน |
| วิธีการไล่วัสดุที่ตัดออก | เจ็ทแก๊สบวกกับแก๊สเพิ่มเติมขับไล่วัสดุ | เครื่องฉีดน้ำแรงดันสูงจะขับของเสียออกไป |
| ระยะห่างระหว่างหัวฉีดกับวัสดุและพิกัดความเผื่อสูงสุดที่อนุญาต | ประมาณ 0.2″ 0.004″ จำเป็นต้องมีเซ็นเซอร์วัดระยะ การควบคุม และแกน Z | ประมาณ 0.12″ 0.04″ จำเป็นต้องมีเซ็นเซอร์วัดระยะ การควบคุม และแกน Z |
| การตั้งค่าเครื่องทางกายภาพ | แหล่งกำเนิดเลเซอร์จะอยู่ภายในเครื่องเสมอ | พื้นที่ทำงานและปั๊มสามารถแยกออกจากกันได้ |
| ช่วงขนาดโต๊ะ | 8' x 4' ถึง 20' x 6.5' | 8' x 4' ถึง 13' x 6.5' |
| ลำแสงส่งออกทั่วไปที่ชิ้นงาน | 1500 ถึง 2600 วัตต์ | 4 ถึง 17 กิโลวัตต์ (4000 บาร์) |
การใช้งานและการใช้งานกระบวนการทั่วไป
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | เครื่องตัดพลังน้ำ |
| การใช้กระบวนการทั่วไป | การตัด การเจาะ การแกะสลัก การระเหย การสร้างโครงสร้าง การเชื่อม | การตัด การระเหย การสร้างโครงสร้าง |
| การตัดวัสดุสามมิติ | ยากเนื่องจากการนำทางลำแสงที่เข้มงวดและการควบคุมระยะห่าง | เป็นไปได้บางส่วนเนื่องจากพลังงานที่ตกค้างอยู่ด้านหลังชิ้นงานถูกทำลาย |
| วัสดุที่สามารถตัดได้ตามกระบวนการ | สามารถตัดโลหะทั้งหมด (ยกเว้นโลหะที่มีการสะท้อนแสงสูง) พลาสติก แก้ว และไม้ทั้งหมดได้ | กระบวนการนี้สามารถตัดวัสดุทั้งหมดได้ |
| การผสมผสานวัสดุ | วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่างกันแทบจะไม่สามารถตัดได้ | เป็นไปได้ แต่มีอันตรายจากการหลุดร่อน |
| โครงสร้างแซนวิชแบบมีโพรง | ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยเลเซอร์ CO2 | ความสามารถมีจำกัด |
| การตัดวัสดุที่มีการเข้าถึงจำกัดหรือบกพร่อง | เป็นไปได้ยากเนื่องจากมีระยะห่างน้อยและหัวตัดเลเซอร์ขนาดใหญ่ | มีข้อจำกัดเนื่องจากระยะห่างระหว่างหัวฉีดกับวัสดุน้อย |
| คุณสมบัติของวัสดุที่ตัดซึ่งส่งผลต่อการประมวลผล | ลักษณะการดูดซับของวัสดุที่ 10.6ม | ความแข็งของวัสดุเป็นปัจจัยสำคัญ |
| ความหนาของวัสดุที่ทำให้การตัดหรือการแปรรูปมีความประหยัด | ~0.12″ ถึง 0.4″ ขึ้นอยู่กับวัสดุ | ~0.4″ ถึง 2.0″ |
| การใช้งานทั่วไปสำหรับกระบวนการนี้ | การตัดเหล็กแผ่นแบนที่มีความหนาปานกลางสำหรับการแปรรูปโลหะแผ่น | การตัดหิน เซรามิก และโลหะที่มีความหนามากขึ้น |
การลงทุนเริ่มแรกและต้นทุนการดำเนินงานโดยเฉลี่ย
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | เครื่องตัดพลังน้ำ |
| ต้องใช้เงินลงทุนเริ่มแรก | 300,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ พร้อมปั๊มขนาด 20 กิโลวัตต์ และโต๊ะขนาด 6.5 ฟุต x 4 ฟุต | $300,000+ |
| ชิ้นส่วนที่จะเสื่อมสภาพ | กระจกป้องกันแก๊ส หัวฉีดรวมทั้งตัวกรองฝุ่นและอนุภาค | หัวฉีดน้ำ หัวฉีดโฟกัส และส่วนประกอบแรงดันสูงทั้งหมด เช่น วาล์ว สายยาง และซีล |
| การใช้พลังงานเฉลี่ยของระบบตัดแบบสมบูรณ์ | สมมติว่าเลเซอร์ CO2 ขนาด 1500 วัตต์: การใช้พลังงานไฟฟ้า: 24-40 กิโลวัตต์ ก๊าซเลเซอร์ (CO2, N2, He): 2-16 ลิตร/ชม ก๊าซตัด (O2, N2): 500-2000 ลิตร/ชม | สมมติว่าปั๊มขนาด 20 kW: การใช้พลังงานไฟฟ้า: 22-35 กิโลวัตต์ น้ำ: 10 ลิตร/ชม แรงขัด: 36 กก./ชม การกำจัดของเสียจากการตัด |
ความแม่นยำของกระบวนการ
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | เครื่องตัดพลังน้ำ |
| ขนาดขั้นต่ำของกรีดตัด | 0.006″ ขึ้นอยู่กับความเร็วในการตัด | 0.02″ |
| ลักษณะพื้นผิวของการตัด | พื้นผิวที่ตัดจะแสดงโครงสร้างเป็นเส้น | พื้นผิวที่ตัดจะดูเหมือนเป็นการพ่นทราย ขึ้นอยู่กับความเร็วในการตัด |
| องศาของการตัดขอบให้ขนานกันอย่างสมบูรณ์ | ดี; บางครั้งจะแสดงขอบทรงกรวย | ดี; มีส่วนโค้งแบบ "หาง" ในกรณีของวัสดุที่หนากว่า |
| ความอดทนในการประมวลผล | ประมาณ 0.002″ | ประมาณ 0.008″ |
| ระดับความขรุขระของการตัด | เกิดเสี้ยนเพียงบางส่วนเท่านั้น | ไม่มีเสี้ยนเกิดขึ้น |
| ความเครียดจากความร้อนของวัสดุ | การเสียรูป การแบ่งเบาบรรเทา และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอาจเกิดขึ้นในวัสดุ | ไม่มีความเครียดจากความร้อนเกิดขึ้น |
| แรงที่กระทำต่อวัสดุในทิศทางของก๊าซหรือพลังน้ำระหว่างการแปรรูป | แรงดันแก๊สเกิดขึ้น ปัญหาเรื่องความผอม ชิ้นงาน, ระยะทาง ไม่สามารถรักษาได้ | สูง: ชิ้นส่วนขนาดเล็กที่บางจึงสามารถแปรรูปได้ในระดับที่จำกัดเท่านั้น |
ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและสภาพแวดล้อมในการทำงาน
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | เครื่องตัดพลังน้ำ |
| ความปลอดภัยส่วนบุคคลข้อกำหนดของอุปกรณ์ | แว่นตานิรภัยป้องกันด้วยเลเซอร์ไม่จำเป็นอย่างยิ่ง | จำเป็นต้องมีแว่นตานิรภัย อุปกรณ์ป้องกันหู และการป้องกันการสัมผัสกับเครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง |
| การผลิตควันและฝุ่นระหว่างการแปรรูป | เกิดขึ้น; พลาสติกและโลหะผสมบางชนิดอาจก่อให้เกิดก๊าซพิษ | ไม่สามารถใช้ได้กับการตัดด้วยพลังน้ำ |
| มลพิษทางเสียงและอันตราย | ต่ำมาก | สูงผิดปกติ |
| ข้อกำหนดในการทำความสะอาดเครื่องจักรเนื่องจากความยุ่งเหยิงของกระบวนการ | ทำความสะอาดต่ำ | ทำความสะอาดสูง |
| การตัดของเสียที่เกิดจากกระบวนการ | ของเสียจากการตัดส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของฝุ่นที่ต้องอาศัยการสกัดและกรองแบบสุญญากาศ | ของเสียจากการตัดจำนวนมากเกิดขึ้นเนื่องจากการผสมน้ำกับสารกัดกร่อน |