Les activitats de fabricació amb làser actualment inclouen el tall, la soldadura, el tractament tèrmic, el revestiment, la deposició de vapor, el gravat, el traçat, el retall, el recuit i l'enduriment per xoc. Els processos de fabricació amb làser competeixen tant tècnicament com econòmicament amb els processos de fabricació convencionals i no convencionals, com ara el mecanitzat mecànic i tèrmic, la soldadura per arc, el mecanitzat electroquímic i per descàrrega elèctrica (EDM), el tall per raig d'aigua abrasiu, el tall per plasma i el tall per flama.
El tall amb raig d'aigua és un procés que s'utilitza per tallar materials mitjançant un raig d'aigua a pressió de fins a 60.000 lliures per polzada quadrada (psi). Sovint, l'aigua es barreja amb un abrasiu com el granat que permet tallar més materials de manera neta amb toleràncies ajustades, en quadrant i amb un bon acabat de vora. Els raigs d'aigua són capaços de tallar molts materials industrials, com ara acer inoxidable, Inconel, titani, alumini, acer per a eines, ceràmica, granit i plaques d'armadura. Aquest procés genera un soroll significatiu.
La taula següent conté una comparació del tall de metall mitjançant el procés de tall per làser de CO2 i el procés de tall per raig d'aigua en el processament de materials industrials.
§ Diferències fonamentals del procés
§ Aplicacions i usos típics del procés
§ Inversió inicial i costos operatius mitjans
§ Precisió del procés
§ Consideracions de seguretat i entorn operatiu
Diferències fonamentals del procés
| Assumpte | Làser de CO2 | Tall per raig d'aigua |
| Mètode d'impartir energia | Llum 10,6 m (abast d'infraroig llunyà) | Aigua |
| Font d'energia | Làser de gas | Bomba d'alta pressió |
| Com es transmet l'energia | Feix guiat per miralls (òptica voladora); transmissió per fibra no factible per a làser de CO2 | Les mànegues rígides d'alta pressió transmeten l'energia |
| Com s'expulsa el material tallat | El jet de gas, més gas addicional, expulsa el material | Un raig d'aigua a alta pressió expulsa materials residuals |
| Distància entre la boquilla i el material i tolerància màxima admissible | Aproximadament 0,2″ 0,004″, sensor de distància, regulació i eix Z necessaris | Aproximadament 0,12″ 0,04″, sensor de distància, regulació i eix Z necessaris |
| Configuració física de la màquina | Font làser sempre situada dins de la màquina | La zona de treball i la bomba es poden ubicar per separat |
| Gamma de mides de taula | De 2,4 m x 1,2 m a 6,1 m x 1,9 m | De 2,4 m x 1,2 m a 3,3 m x 1,9 m |
| Sortida típica del feix a la peça | de 1500 a 2600 watts | De 4 a 17 quilowatts (4000 bar) |
Aplicacions i usos típics del procés
| Assumpte | Làser de CO2 | Tall per raig d'aigua |
| Usos típics del procés | Tall, perforació, gravat, ablació, estructuració, soldadura | Tall, ablació, estructuració |
| Tall de materials en 3D | Difícil a causa del guiatge rígid del feix i la regulació de la distància | Parcialment possible, ja que l'energia residual darrere de la peça es destrueix |
| Materials que es poden tallar mitjançant el procés | Es poden tallar tots els metalls (excepte els metalls altament reflectants), tots els plàstics, el vidre i la fusta | Tots els materials es poden tallar mitjançant aquest procés |
| Combinacions de materials | Els materials amb diferents punts de fusió gairebé no es poden tallar | Possible, però hi ha perill de delaminació |
| Estructures sandvitx amb cavitats | Això no és possible amb un làser de CO2 | Capacitat limitada |
| Tall de materials amb accés limitat o amb dificultats | Rarament possible a causa de la petita distància i el gran capçal de tall làser | Limitat a causa de la petita distància entre la boquilla i el material |
| Propietats del material tallat que influeixen en el processament | Característiques d'absorció del material a 10,6 m | La duresa del material és un factor clau |
| Gruix del material amb el qual el tall o el processament és econòmic | ~0,12″ a 0,4″ depenent del material | ~0,4″ a 2,0″ |
| Aplicacions comunes per a aquest procés | Tall de xapa plana d'acer de gruix mitjà per al processament de xapa metàl·lica | Tall de pedra, ceràmica i metalls de major gruix |
Inversió inicial i costos operatius mitjans
| Assumpte | Làser de CO2 | Tall per raig d'aigua |
| Inversió de capital inicial requerida | 300.000 dòlars amb una bomba de 20 kW i una taula de 6,5′ x 4′ | Més de 300.000 dòlars |
| Peces que es desgastaran | Vidre protector, gas broquets, a més dels filtres de pols i partícules | Broquet de raig d'aigua, broquet d'enfocament i tots els components d'alta pressió com ara vàlvules, mànegues i juntes |
| Consum mitjà d'energia del sistema de tall complet | Suposem un làser de CO2 de 1500 watts: Ús d'energia elèctrica: 24-40 kW Gas làser (CO2, N2, He): 2-16 l/h Gas de tall (O2, N2): 500-2000 l/h | Suposem una bomba de 20 kW: Ús d'energia elèctrica: 22-35 kW Aigua: 10 l/h Abrasiu: 36 kg/h Eliminació de residus de tall |
Precisió del procés
| Assumpte | Làser de CO2 | Tall per raig d'aigua |
| Mida mínima de la ranura de tall | 0,006″, depenent de la velocitat de tall | 0,02″ |
| Aspecte de la superfície tallada | La superfície tallada mostrarà una estructura estriada | La superfície tallada semblarà que ha estat sorrejada, depenent de la velocitat de tall |
| Grau de les vores tallades per ser completament paral·leles | Bé; ocasionalment mostrarà vores còniques | Bé; hi ha un efecte de "cua" a les corbes en el cas de materials més gruixuts |
| Tolerància de processament | Aproximadament 0,002″ | Aproximadament 0,008″ |
| Grau de rebava al tall | Només es produeix una rebarbada parcial | No es produeixen rebaves |
| Estrès tèrmic del material | Es poden produir canvis de deformació, reveniment i estructurals en el material | No es produeix cap estrès tèrmic |
| Forces que actuen sobre el material en direcció al jet de gas o aigua durant el processament | Postures de pressió de gas problemes amb la primesa peces de treball, distància no es pot mantenir | Alt: les peces primes i petites només es poden processar en un grau limitat |
Consideracions de seguretat i entorn operatiu
| Assumpte | Làser de CO2 | Tall per raig d'aigua |
| Seguretat personalrequisits d'equipament | Les ulleres de seguretat amb protecció làser no són absolutament necessàries | Calen ulleres de seguretat, protecció auditiva i protecció contra el contacte amb raigs d'aigua a alta pressió. |
| Producció de fum i pols durant el processament | Es produeix; els plàstics i alguns aliatges metàl·lics poden produir gasos tòxics | No aplicable per al tall per raig d'aigua |
| Contaminació acústica i perill | Molt baix | Inusualment alt |
| Requisits de neteja de màquines a causa del desordre del procés | Neteja baixa | Alta neteja |
| Reducció dels residus produïts pel procés | Els residus de tall es presenten principalment en forma de pols que requereix extracció per buit i filtratge. | Es produeixen grans quantitats de residus de tall a causa de la barreja d'aigua amb abrasius |