Лазерне виробництво в даний час включає різання, зварювання, термічну обробку, плакування, осадження з парової фази, гравірування, скрайбування, обрізання, відпал і ударне зміцнення. Лазерні виробничі процеси конкурують як технічно, так і економічно з традиційними та нетрадиційними виробничими процесами, такими як механічна та термічна обробка, дугове зварювання, електрохімічна та електроерозійна обробка (EDM), абразивне різання струменем води, плазмове та полум’яне різання.
Гідроабразивне різання – це процес, який використовується для різання матеріалів за допомогою струменя води під тиском до 60 000 фунтів на квадратний дюйм (psi). Часто вода змішується з абразивом, таким як гранат, що дозволяє чистіше різати більше матеріалів з малими допусками, прямокутно та з гарною обробкою країв. Водяні струмені здатні різати багато промислових матеріалів, зокрема нержавіючу сталь, інконель, титан, алюміній, інструментальну сталь, кераміку, граніт і броньову плиту. Цей процес створює значний шум.
У наведеній нижче таблиці наведено порівняння різання металу за допомогою СО2-лазерного різання та водоструминного різання в промисловій обробці матеріалів.
§ Фундаментальні відмінності процесу
§ Типові процеси застосування та використання
§ Початкові інвестиції та середні експлуатаційні витрати
§ Точність процесу
§ Заходи безпеки та робоче середовище
Фундаментальні відмінності процесу
| Тема | Co2 лазер | Водоструменеве різання |
| Спосіб передачі енергії | Світло 10,6 м (далекий інфрачервоний діапазон) | вода |
| Джерело енергії | Газовий лазер | Насос високого тиску |
| Як передається енергія | Промінь з наведенням дзеркал (літаюча оптика); оптоволоконна передача ні можливий для лазера CO2 | Жорсткі шланги високого тиску передають енергію |
| Як видаляється порізаний матеріал | Газовий струмінь, плюс додатковий газ викидає матеріал | Струмінь води під високим тиском викидає відходи |
| Відстань між соплом і матеріалом і максимально допустимий допуск | Приблизно 0,2″ 0,004″, необхідний датчик відстані, регулювання та вісь Z | Приблизно 0,12″ 0,04″, необхідний датчик відстані, регулювання та вісь Z |
| Фізичне налаштування машини | Джерело лазера завжди знаходиться всередині машини | Робоча зона і насос можуть бути розташовані окремо |
| Асортимент розмірів столу | 8′ x 4′ до 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ до 13′ x 6,5′ |
| Типовий вихід променя на деталь | 1500-2600 Вт | від 4 до 17 кіловат (4000 бар) |
Типові процеси застосування та використання
| Тема | Co2 лазер | Водоструменеве різання |
| Типове використання процесу | Різання, свердління, гравірування, абляція, структурування, зварювання | Різка, абляція, структурування |
| 3D порізка матеріалу | Складно через жорстке наведення променя та регулювання відстані | Частково можливо, оскільки залишкова енергія за заготовкою знищується |
| Матеріали, які можна різати за допомогою процесу | Можна різати всі метали (за винятком металів із високим відбиттям), увесь пластик, скло та дерево | Усі матеріали можна різати за допомогою цього процесу |
| Комбінації матеріалів | Матеріали з різними температурами плавлення майже не піддаються різанню | Можна, але є небезпека розшарування |
| Сендвіч-конструкції з порожнинами | Це неможливо з CO2-лазером | Обмежена здатність |
| Різання матеріалів з обмеженим або утрудненим доступом | Рідко можливо завдяки малій відстані та великій лазерній ріжучій головці | Обмежений через малу відстань між соплом і матеріалом |
| Властивості розрізаного матеріалу, що впливають на обробку | Поглинальні характеристики матеріалу на 10,6м | Твердість матеріалу є ключовим фактором |
| Товщина матеріалу, при якій різання або обробка є економічною | ~0,12″ до 0,4″ залежно від матеріалу | ~0,4″ до 2,0″ |
| Загальні програми для цього процесу | Порізка листової сталі середньої товщини для обробки листового металу | Порізка каменю, кераміки, металу більшої товщини |
Початкові інвестиції та середні експлуатаційні витрати
| Тема | Co2 лазер | Водоструменеве різання |
| Потрібні початкові капіталовкладення | 300 000 доларів з насосом потужністю 20 кВт і столом 6,5 x 4 фути | $300 000+ |
| Частини, які зношуються | Захисне скло, газ форсунки, а також фільтри для пилу та частинок | Водоструминна форсунка, фокусуюча форсунка та всі компоненти високого тиску, такі як клапани, шланги та ущільнення |
| Середнє споживання енергії повною системою різання | Припустимо, CO2-лазер потужністю 1500 Вт: Використання електроенергії: 24-40 кВт Лазерний газ (CO2, N2, He): 2-16 л/год Газ для різання (O2, N2): 500-2000 л/год | Припустимо, насос потужністю 20 кВт: Використання електроенергії: 22-35 кВт Вода: 10 л/год Абразив: 36 кг/год Утилізація відходів різання |
Точність процесу
| Тема | Co2 лазер | Водоструменеве різання |
| Мінімальний розмір ріжучої щілини | 0,006″, залежно від швидкості різання | 0,02 дюйма |
| Вигляд поверхні розрізу | Поверхня розрізу буде мати смугасту структуру | Залежно від швидкості різання поверхня зрізу виглядатиме так, ніби була оброблена піскоструминною обробкою |
| Ступінь зрізаних країв до повної паралельності | добре; іноді демонструє конічні краї | добре; існує ефект «хвоста» на кривих у випадку більш товстих матеріалів |
| Допуск на обробку | Приблизно 0,002 дюйма | Приблизно 0,008 дюйма |
| Ступінь задирок на зрізі | Відбувається лише часткове задирування | Задирок не виникає |
| Термічна напруга матеріалу | У матеріалі можуть відбуватися деформація, відпуск і структурні зміни | Термічний стрес не виникає |
| Сили, що діють на матеріал у напрямку струменя газу або води під час обробки | Пози тиску газу проблеми з тонким заготовки, відстань не можна підтримувати | Високий: тому тонкі дрібні деталі можна обробляти лише обмежено |
Заходи безпеки та робоче середовище
| Тема | Co2 лазер | Водоструменеве різання |
| Особиста безпекавимоги до обладнання | Лазерні захисні окуляри не є абсолютно необхідними | Необхідні захисні окуляри, навушники та захист від контакту з струменем води під високим тиском |
| Утворення диму та пилу під час обробки | Відбувається; пластмаси та деякі металеві сплави можуть утворювати токсичні гази | Не застосовується для різання струменем води |
| Шумове забруднення і небезпека | Дуже низький | Незвичайно високий |
| Вимоги до очищення машини через безлад у процесі | Низьке очищення | Високе очищення |
| Різання відходів, утворених процесом | Відходи різання в основному мають форму пилу, який вимагає вакуумного видалення та фільтрування | Велика кількість відходів різання виникає через змішування води з абразивами |