Laserová výroba v současnosti zahrnuje řezání, svařování, tepelné zpracování, plátování, napařování, gravírování, rýsování, ořezávání, žíhání a rázové kalení. Laserové výrobní procesy konkurují technicky i ekonomicky konvenčním i nekonvenčním výrobním procesům, jako je mechanické a tepelné obrábění, obloukové svařování, elektrochemické a elektroerozivní obrábění (EDM), abrazivní vodní řezání, plazmové řezání a řezání plamenem.
Řezání vodním paprskem je proces používaný k řezání materiálů pomocí proudu tlakové vody o tlaku až 60 000 liber na čtvereční palec (psi). Voda se často mísí s abrazivem, jako je granát, což umožňuje čisté řezání většího množství materiálů s úzkými tolerancemi, rovně a s dobrou úpravou hran. Vodní paprsky jsou schopny řezat mnoho průmyslových materiálů, včetně nerezové oceli, Inconelu, titanu, hliníku, nástrojové oceli, keramiky, žuly a pancéřových plechů. Tento proces generuje značný hluk.
Následující tabulka obsahuje srovnání řezání kovů pomocí řezací metody CO2 laseru a řezání vodním paprskem v průmyslovém zpracování materiálů.
§ Základní rozdíly v procesech
§ Typické procesní aplikace a použití
§ Počáteční investice a průměrné provozní náklady
§ Přesnost procesu
§ Bezpečnostní aspekty a provozní prostředí
Základní rozdíly v procesech
| Podrobit | CO2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Způsob předávání energie | Dosah světla 10,6 m (daleký infračervený dosah) | Voda |
| Zdroj energie | Plynový laser | Vysokotlaké čerpadlo |
| Jak se energie přenáší | Paprsek veden zrcadly (letící optika); přenos vláknem není proveditelné pro CO2 laser | Pevné vysokotlaké hadice přenášejí energii |
| Jak je nařezaný materiál vytlačován | Plynový paprsek a další plyn vytlačují materiál | Vysokotlaký vodní proud vytlačuje odpadní materiál |
| Vzdálenost mezi tryskou a materiálem a maximální přípustná tolerance | Přibližně 0,2″ 0,004″, senzor vzdálenosti, regulace a osa Z jsou nezbytné | Přibližně 0,12″ 0,04″, senzor vzdálenosti, regulace a osa Z jsou nezbytné |
| Fyzické nastavení stroje | Laserový zdroj je vždy umístěn uvnitř stroje | Pracovní prostor a čerpadlo lze umístit odděleně |
| Rozsah velikostí stolu | 2,4 m x 1,2 m až 6,1 m x 1,8 m | 2,4 m x 1,2 m až 3,3 m x 1,8 m |
| Typický výstup paprsku na obrobku | 1500 až 2600 wattů | 4 až 17 kilowattů (4000 barů) |
Typické procesní aplikace a použití
| Podrobit | CO2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Typické využití procesů | Řezání, vrtání, gravírování, ablace, strukturování, svařování | Řezání, ablace, strukturování |
| 3D řezání materiálu | Obtížné kvůli pevnému vedení paprsku a regulaci vzdálenosti | Částečně možné, protože zbytková energie za obrobkem je zničena |
| Materiály, které lze tímto procesem řezat | Lze řezat všechny kovy (kromě vysoce reflexních kovů), všechny plasty, sklo a dřevo | Tímto procesem lze řezat všechny materiály |
| Materiálové kombinace | Materiály s různými body tání lze sotva řezat | Možné, ale hrozí nebezpečí delaminace |
| Sendvičové struktury s dutinami | S CO2 laserem to není možné. | Omezené schopnosti |
| Řezání materiálů s omezeným nebo zhoršeným přístupem | Zřídka možné kvůli malé vzdálenosti a velké laserové řezací hlavě | Omezeno kvůli malé vzdálenosti mezi tryskou a materiálem |
| Vlastnosti řezaného materiálu, které ovlivňují zpracování | Absorpční vlastnosti materiálu ve hloubce 10,6 m | Tvrdost materiálu je klíčovým faktorem |
| Tloušťka materiálu, při které je řezání nebo zpracování ekonomické | ~0,12″ až 0,4″ v závislosti na materiálu | ~0,4″ až 2,0″ |
| Běžné aplikace pro tento proces | Řezání plochého ocelového plechu střední tloušťky pro zpracování plechů | Řezání kamene, keramiky a kovů větší tloušťky |
Počáteční investice a průměrné provozní náklady
| Podrobit | CO2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Požadovaná počáteční kapitálová investice | 300 000 dolarů s čerpadlem o výkonu 20 kW a stolem o rozměrech 6,5′ x 4′ | 300 000 a více dolarů |
| Části, které se opotřebují | Ochranné sklo, plynové trysky a také prachové a částicové filtry | Vodní tryska, zaostřovací tryska a všechny vysokotlaké komponenty, jako jsou ventily, hadice a těsnění |
| Průměrná spotřeba energie celého řezacího systému | Předpokládejme CO2laser o výkonu 1500 wattů: Spotřeba elektrické energie: 24–40 kW Laserový plyn (CO2, N2, He): 2–16 l/h Řezný plyn (O2, N2): 500–2000 l/h | Předpokládejme čerpadlo o výkonu 20 kW: Spotřeba elektrické energie: 22–35 kW Voda: 10 l/h Brusivo: 36 kg/h Likvidace řezného odpadu |
Přesnost procesu
| Podrobit | CO2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Minimální velikost řezné štěrbiny | 0,006″, v závislosti na řezné rychlosti | 0,02″ |
| Vzhled řezné plochy | Řezný povrch bude vykazovat rýhovanou strukturu | Řezná plocha bude v závislosti na rychlosti řezání vypadat, jako by byla otryskána pískem. |
| Stupeň řezných hran k úplné rovnoběžnosti | Dobré; občas se objeví kuželovité hrany | Dobré; u silnějších materiálů se v křivkách objevuje „ocasový“ efekt. |
| Tolerance zpracování | Přibližně 0,002 palce | Přibližně 0,008 palce |
| Stupeň otřepů na řezu | Dochází pouze k částečnému otřepávání | Nedochází k otřepům |
| Tepelné namáhání materiálu | V materiálu může dojít k deformaci, popouštění a strukturálním změnám. | Nedochází k žádnému tepelnému namáhání |
| Síly působící na materiál ve směru proudu plynu nebo vody během zpracování | Tlak plynu představuje problémy s tenkými obrobky, vzdálenost nelze udržovat | Vysoká: tenké, malé díly lze proto zpracovávat pouze omezeně |
Bezpečnostní aspekty a provozní prostředí
| Podrobit | CO2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Osobní bezpečnostpožadavky na vybavení | Ochranné brýle proti laseru nejsou nezbytně nutné | Jsou nutné ochranné brýle, ochrana sluchu a ochrana před kontaktem s vysokotlakým proudem vody. |
| Produkce kouře a prachu během zpracování | Vyskytuje se; plasty a některé kovové slitiny mohou produkovat toxické plyny | Nevhodné pro řezání vodním paprskem |
| Hlukové znečištění a nebezpečí | Velmi nízké | Neobvykle vysoká |
| Požadavky na čištění strojů kvůli nepořádku v procesu | Nízké čištění | Vysoký stupeň čištění |
| Snížení odpadu produkovaného procesem | Odpad z řezání je převážně ve formě prachu, který vyžaduje odsávání a filtraci. | Velké množství řezného odpadu vzniká v důsledku míchání vody s abrazivy. |