Các hoạt động sản xuất laser hiện nay bao gồm cắt, hàn, xử lý nhiệt, ốp, lắng đọng hơi, khắc, viết nguệch ngoạc, cắt tỉa, ủ và làm cứng sốc. Các quy trình sản xuất laser cạnh tranh cả về mặt kỹ thuật và kinh tế với các quy trình sản xuất thông thường và phi truyền thống như gia công cơ khí và nhiệt, hàn hồ quang, điện hóa và gia công phóng điện (EDM), cắt tia nước có hạt mài, cắt plasma và cắt bằng ngọn lửa.
Cắt tia nước là một quá trình được sử dụng để cắt vật liệu bằng cách sử dụng tia nước có áp suất cao 60.000 pound mỗi inch vuông (psi). Thông thường, nước được trộn với chất mài mòn như ngọc hồng lựu để có thể cắt được nhiều vật liệu một cách sạch sẽ đến dung sai gần, vuông vắn và có độ hoàn thiện cạnh tốt. Tia nước có khả năng cắt nhiều vật liệu công nghiệp bao gồm thép không gỉ, Inconel, titan, nhôm, thép công cụ, gốm sứ, đá granit và tấm giáp. Quá trình này tạo ra tiếng ồn đáng kể.
Bảng sau đây so sánh việc cắt kim loại bằng quy trình cắt laser CO2 và quy trình cắt tia nước trong xử lý vật liệu công nghiệp.
§ Sự khác biệt cơ bản về quy trình
§ Các ứng dụng và cách sử dụng quy trình điển hình
§ Chi phí đầu tư ban đầu và vận hành trung bình
§ Độ chính xác của quy trình
§ Cân nhắc về an toàn và môi trường hoạt động
Sự khác biệt cơ bản về quy trình
| Chủ thể | laze co2 | Cắt tia nước |
| Phương pháp truyền năng lượng | Ánh sáng 10,6 m (tầm hồng ngoại xa) | Nước |
| Nguồn năng lượng | Laser khí | Bơm cao áp |
| Năng lượng được truyền đi như thế nào | Chùm tia được dẫn hướng bằng gương (quang học bay); truyền dẫn sợi quang không khả thi đối với laser CO2 | Ống cao áp cứng truyền năng lượng |
| Vật liệu cắt bị trục xuất như thế nào | Tia khí, cộng với khí bổ sung sẽ đẩy vật liệu ra ngoài | Tia nước áp suất cao đẩy chất thải ra ngoài |
| Khoảng cách giữa vòi phun và vật liệu và dung sai tối đa cho phép | Khoảng 0,2 inch 0,004 inch, cần có cảm biến khoảng cách, điều chỉnh và trục Z | Khoảng 0,12 inch 0,04 inch, cần có cảm biến khoảng cách, điều chỉnh và trục Z |
| Thiết lập máy vật lý | Nguồn laser luôn được đặt bên trong máy | Khu vực làm việc và máy bơm có thể được đặt riêng biệt |
| Phạm vi kích thước bảng | 8′ x 4′ đến 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ đến 13′ x 6,5′ |
| Đầu ra chùm tia điển hình tại phôi | 1500 đến 2600 Watt | 4 đến 17 kilowatt (4000 bar) |
Các ứng dụng và cách sử dụng quy trình điển hình
| Chủ thể | laze co2 | Cắt tia nước |
| Quá trình sử dụng điển hình | Cắt, khoan, khắc, cắt bỏ, kết cấu, hàn | Cắt, cắt bỏ, tạo cấu trúc |
| cắt vật liệu 3D | Khó khăn do dẫn hướng chùm tia cứng và quy định khoảng cách | Có thể thực hiện được một phần vì năng lượng dư phía sau phôi bị phá hủy |
| Vật liệu có thể được cắt theo quy trình | Có thể cắt tất cả kim loại (trừ kim loại có độ phản chiếu cao), tất cả nhựa, thủy tinh và gỗ | Tất cả các vật liệu có thể được cắt bằng quá trình này |
| Kết hợp vật liệu | Vật liệu có điểm nóng chảy khác nhau hầu như không thể cắt được | Có thể, nhưng có nguy cơ bị phân tách |
| Cấu trúc bánh sandwich có khoang | Điều này là không thể với laser CO2 | Khả năng hạn chế |
| Cắt vật liệu có khả năng tiếp cận hạn chế hoặc bị suy giảm | Hiếm khi có thể do khoảng cách nhỏ và đầu cắt laser lớn | Bị hạn chế do khoảng cách nhỏ giữa vòi phun và vật liệu |
| Tính chất của vật liệu cắt ảnh hưởng đến quá trình xử lý | Đặc tính hấp thụ của vật liệu ở 10,6m | Độ cứng của vật liệu là yếu tố then chốt |
| Độ dày vật liệu tại đó việc cắt hoặc gia công là tiết kiệm | ~ 0,12” đến 0,4” tùy theo vật liệu | ~0,4" đến 2,0" |
| Các ứng dụng phổ biến cho quá trình này | Cắt thép tấm phẳng có độ dày trung bình để gia công kim loại tấm | Cắt đá, gốm sứ và kim loại có độ dày lớn hơn |
Chi phí đầu tư ban đầu và vận hành trung bình
| Chủ thể | laze co2 | Cắt tia nước |
| Yêu cầu vốn đầu tư ban đầu | 300.000 USD với máy bơm 20 kW và bàn 6,5′ x 4′ | 300.000 USD+ |
| Các bộ phận sẽ bị mòn | Kính bảo vệ, khí vòi phun, cộng với cả bộ lọc bụi và hạt | Vòi phun tia nước, vòi phun tập trung và tất cả các bộ phận áp suất cao như van, ống mềm và vòng đệm |
| Mức tiêu thụ năng lượng trung bình của hệ thống cắt hoàn chỉnh | Giả sử một máy laser CO2 1500 Watt: Sử dụng năng lượng điện: 24-40 kW Khí laser (CO2, N2, He): 2-16 lít/giờ Khí cắt (O2, N2): 500-2000 l/h | Giả sử một máy bơm 20 kW: Sử dụng năng lượng điện: 22-35 kW Nước: 10 l/giờ Mài mòn: 36 kg/giờ Xử lý chất thải cắt |
Độ chính xác của quá trình
| Chủ thể | laze co2 | Cắt tia nước |
| Kích thước tối thiểu của khe cắt | 0,006”, tùy thuộc vào tốc độ cắt | 0,02" |
| Bề mặt cắt xuất hiện | Bề mặt cắt sẽ hiển thị cấu trúc có vân | Bề mặt cắt sẽ có vẻ như được phun cát, tùy thuộc vào tốc độ cắt |
| Mức độ của các cạnh cắt hoàn toàn song song | Tốt; đôi khi sẽ thể hiện các cạnh hình nón | Tốt; có hiệu ứng “đuôi” ở các đường cong trong trường hợp vật liệu dày hơn |
| Dung sai xử lý | Khoảng 0,002" | Khoảng 0,008" |
| Mức độ vết cắt trên vết cắt | Chỉ xảy ra hiện tượng bong tróc một phần | Không xảy ra hiện tượng burring |
| Ứng suất nhiệt của vật liệu | Biến dạng, ủ và thay đổi cấu trúc có thể xảy ra trong vật liệu | Không xảy ra ứng suất nhiệt |
| Lực tác dụng lên vật liệu theo hướng khí hoặc tia nước trong quá trình xử lý | Áp suất khí đặt ra vấn đề với mỏng phôi, khoảng cách không thể duy trì | Cao: Do đó, các bộ phận mỏng, nhỏ chỉ có thể được xử lý ở mức độ hạn chế |
Các cân nhắc về an toàn và môi trường hoạt động
| Chủ thể | laze co2 | Cắt tia nước |
| An toàn cá nhânyêu cầu về thiết bị | Kính an toàn bảo vệ tia laser không thực sự cần thiết | Cần có kính bảo hộ an toàn, bảo vệ tai, bảo vệ chống tiếp xúc với tia nước áp lực cao |
| Phát sinh khói và bụi trong quá trình chế biến | Có xảy ra; nhựa và một số hợp kim kim loại có thể tạo ra khí độc | Không áp dụng cho cắt tia nước |
| Ô nhiễm tiếng ồn và nguy hiểm | Rất thấp | Cao bất thường |
| Yêu cầu vệ sinh máy do quá trình lộn xộn | Làm sạch thấp | Làm sạch cao |
| Cắt giảm chất thải được tạo ra bởi quá trình này | Cắt giảm chất thải chủ yếu ở dạng bụi cần hút và lọc chân không | Xảy ra một lượng lớn chất thải cắt do trộn nước với chất mài mòn |