تشمل أنشطة تصنيع الليزر حاليًا القطع، واللحام، والمعالجة الحرارية، والتكسية، والترسيب البخاري، والنقش، والنقش، والتشذيب، والتلدين، والتصلب بالصدمات. تتنافس عمليات تصنيع الليزر تقنيًا واقتصاديًا مع عمليات التصنيع التقليدية وغير التقليدية، مثل التشغيل الآلي الميكانيكي والحراري، واللحام القوسي، والتشغيل الكهروكيميائي، والتشغيل الآلي بالتفريغ الكهربائي (EDM)، والقطع بنفث الماء الكاشط، والقطع بالبلازما، والقطع باللهب.
القطع بنفث الماء هو عملية تُستخدم لقطع المواد باستخدام نفث ماء مضغوط يصل ضغطه إلى 60,000 رطل لكل بوصة مربعة. غالبًا ما يُخلط الماء بمادة كاشطة مثل العقيق، مما يُتيح قطع المزيد من المواد بدقة ودقة عالية، مع الحفاظ على حواف دقيقة. نفثات الماء قادرة على قطع العديد من المواد الصناعية، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ، والإينكونيل، والتيتانيوم، والألمنيوم، وفولاذ الأدوات، والسيراميك، والجرانيت، وصفائح الدروع. تُصدر هذه العملية ضوضاء عالية.
يحتوي الجدول التالي على مقارنة بين قطع المعادن باستخدام عملية القطع بالليزر ثاني أكسيد الكربون وعملية القطع بنفث الماء في معالجة المواد الصناعية.
§ الاختلافات الأساسية في العملية
§ تطبيقات واستخدامات العمليات النموذجية
§ الاستثمار الأولي ومتوسط تكاليف التشغيل
§ دقة العملية
§ اعتبارات السلامة وبيئة التشغيل
الاختلافات الأساسية في العملية
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | القطع بنفث الماء |
| طريقة نقل الطاقة | ضوء 10.6 متر (نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة) | ماء |
| مصدر الطاقة | ليزر الغاز | مضخة الضغط العالي |
| كيف تنتقل الطاقة | شعاع موجه بواسطة المرايا (بصريات طائرة)؛ لا يوجد نقل للألياف ممكن باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون | تنقل خراطيم الضغط العالي الصلبة الطاقة |
| كيفية إخراج المواد المقطوعة | نفث الغاز، بالإضافة إلى الغاز الإضافي يطرد المواد | تطرد نفاثة الماء ذات الضغط العالي المواد الضارة |
| المسافة بين الفوهة والمادة والحد الأقصى للتسامح المسموح به | حوالي 0.2 بوصة 0.004 بوصة، مستشعر المسافة والتنظيم والمحور Z ضروري | حوالي 0.12 بوصة 0.04 بوصة، مستشعر المسافة والتنظيم والمحور Z ضروري |
| إعداد الآلة المادية | مصدر الليزر موجود دائمًا داخل الجهاز | يمكن تحديد موقع منطقة العمل والمضخة بشكل منفصل |
| مجموعة من أحجام الطاولات | 8′ × 4′ إلى 20′ × 6.5′ | 8′ × 4′ إلى 13′ × 6.5′ |
| الناتج النموذجي للشعاع عند قطعة العمل | 1500 إلى 2600 واط | 4 إلى 17 كيلووات (4000 بار) |
تطبيقات واستخدامات العملية النموذجية
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | القطع بنفث الماء |
| استخدامات العملية النموذجية | القطع، الحفر، النقش، الاستئصال، الهيكلة، اللحام | القطع والاستئصال والهيكلة |
| قطع المواد ثلاثية الأبعاد | صعب بسبب توجيه الشعاع الصلب وتنظيم المسافة | من الممكن جزئيًا نظرًا لتدمير الطاقة المتبقية خلف قطعة العمل |
| المواد القابلة للقطع بواسطة العملية | يمكن قطع جميع المعادن (باستثناء المعادن شديدة الانعكاس)، وجميع أنواع البلاستيك، والزجاج، والخشب | يمكن قطع جميع المواد بهذه العملية |
| تركيبات المواد | المواد ذات نقاط الانصهار المختلفة لا يمكن قطعها بسهولة | ممكن، ولكن هناك خطر الانفصال |
| هياكل الساندويتش مع التجاويف | هذا غير ممكن باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون | قدرة محدودة |
| قطع المواد ذات الوصول المحدود أو المعاق | نادرًا ما يكون ذلك ممكنًا بسبب المسافة الصغيرة ورأس القطع بالليزر الكبير | محدودة بسبب المسافة الصغيرة بين الفوهة والمادة |
| خصائص المادة المقطوعة التي تؤثر على المعالجة | خصائص امتصاص المادة عند 10.6 م | صلابة المادة هي العامل الرئيسي |
| سمك المادة الذي يكون القطع أو المعالجة عنده اقتصاديًا | ~0.12″ إلى 0.4″ حسب المادة | ~0.4″ إلى 2.0″ |
| التطبيقات الشائعة لهذه العملية | قطع صفائح الفولاذ المسطحة ذات السماكة المتوسطة لمعالجة الصفائح المعدنية | قطع الحجر والسيراميك والمعادن ذات السماكة الأكبر |
الاستثمار الأولي ومتوسط تكاليف التشغيل
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | القطع بنفث الماء |
| رأس المال الاستثماري الأولي المطلوب | 300000 دولار مع مضخة 20 كيلو وات وطاولة 6.5 × 4 أقدام | أكثر من 300,000 دولار |
| الأجزاء التي سوف تبلى | زجاج واقي، غاز الفوهات، بالإضافة إلى مرشحات الغبار والجسيمات | فوهة نفث الماء، وفوهة التركيز، وجميع مكونات الضغط العالي مثل الصمامات والخراطيم والأختام |
| متوسط استهلاك الطاقة لنظام القطع الكامل | افترض وجود ليزر ثاني أكسيد الكربون بقوة 1500 واط: استخدام الطاقة الكهربائية: 24-40 كيلو واط غاز الليزر (CO2، N2، He): 2-16 لتر/ساعة غاز القطع (O2، N2): 500-2000 لتر/ساعة | افترض وجود مضخة بقدرة 20 كيلو وات: استخدام الطاقة الكهربائية: 22-35 كيلو واط الماء: 10 لتر/ساعة مادة كاشطة: 36 كجم/ساعة التخلص من نفايات القطع |
دقة العملية
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | القطع بنفث الماء |
| الحد الأدنى لحجم شق القطع | 0.006″، حسب سرعة القطع | 0.02 بوصة |
| مظهر سطح القطع | سيظهر السطح المقطوع بنية مخططة | سيبدو السطح المقطوع وكأنه تم تفجيره بالرمل، اعتمادًا على سرعة القطع |
| درجة قطع الحواف إلى التوازي الكامل | جيد؛ في بعض الأحيان سوف تظهر حواف مخروطية | جيد؛ هناك تأثير "ذيلي" في المنحنيات في حالة المواد الأكثر سمكًا |
| معالجة التسامح | حوالي 0.002 بوصة | حوالي 0.008 بوصة |
| درجة النتوء على القطع | يحدث الحرق الجزئي فقط | لا يحدث أي نقر |
| الإجهاد الحراري للمادة | قد يحدث تشوه وتصلب وتغيرات هيكلية في المادة | لا يحدث أي إجهاد حراري |
| القوى المؤثرة على المادة في اتجاه تدفق الغاز أو الماء أثناء المعالجة | ضغط الغاز يشكل مشاكل مع النحافة قطع العمل، المسافة لا يمكن الحفاظ عليها | عالية: لا يمكن معالجة الأجزاء الصغيرة الرقيقة إلا بدرجة محدودة |
اعتبارات السلامة وبيئة التشغيل
| موضوع | ليزر ثاني أكسيد الكربون | القطع بنفث الماء |
| السلامة الشخصيةمتطلبات المعدات | نظارات السلامة للحماية من الليزر ليست ضرورية على الإطلاق | هناك حاجة إلى نظارات أمان واقية، وحماية للأذن، وحماية من ملامسة نفث الماء عالي الضغط |
| إنتاج الدخان والغبار أثناء المعالجة | يحدث ذلك؛ قد تنتج المواد البلاستيكية وبعض السبائك المعدنية غازات سامة | لا ينطبق على القطع بنفث الماء |
| التلوث الضوضائي والخطر | منخفض جدًا | مرتفع بشكل غير عادي |
| متطلبات تنظيف الماكينة بسبب فوضى العملية | تنظيف منخفض | تنظيف عالي |
| تقليل النفايات الناتجة عن العملية | إن تقطيع النفايات يكون في الغالب على شكل غبار يتطلب الاستخلاص بالفراغ والترشيح | تحدث كميات كبيرة من نفايات القطع بسبب خلط الماء بالمواد الكاشطة |