Laserová výroba v současnosti zahrnuje řezání, svařování, tepelné zpracování, plátování, napařování, rytí, rytí, ořezávání, žíhání a šokové kalení.Laserové výrobní procesy konkurují jak technicky, tak ekonomicky konvenčním i nekonvenčním výrobním procesům, jako je mechanické a tepelné obrábění, obloukové svařování, elektrochemické obrábění a obrábění elektrickým výbojem (EDM), řezání abrazivním vodním paprskem, plazmové řezání a řezání plamenem.
Řezání vodním paprskem je proces používaný k řezání materiálů pomocí proudu tlakové vody o síle 60 000 liber na čtvereční palec (psi).Voda se často mísí s abrazivem, jako je granát, který umožňuje čisté řezání více materiálů s úzkými tolerancemi, pravoúhlé a s dobrou povrchovou úpravou ostří.Vodní paprsky jsou schopné řezat mnoho průmyslových materiálů včetně nerezové oceli, Inconelu, titanu, hliníku, nástrojové oceli, keramiky, žuly a pancéřové desky.Tento proces generuje značný hluk.
Následující tabulka obsahuje srovnání řezání kovů pomocí procesu řezání CO2 laserem a procesu řezání vodním paprskem při průmyslovém zpracování materiálů.
§ Základní procesní rozdíly
§ Typické procesní aplikace a použití
§ Počáteční investice a průměrné provozní náklady
§ Přesnost procesu
§ Bezpečnostní aspekty a provozní prostředí
Základní procesní rozdíly
| Předmět | Co2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Způsob předávání energie | Světlo 10,6 m (daleký infračervený dosah) | Voda |
| Zdroj energie | Plynový laser | Vysokotlaké čerpadlo |
| Jak se přenáší energie | Paprsek vedený zrcadly (létající optika);přenos vláken ne proveditelné pro CO2 laser | Pevné vysokotlaké hadice přenášejí energii |
| Jak se vyhazuje nařezaný materiál | Plynový proud a další plyn vytlačují materiál | Vysokotlaký proud vody vytlačuje odpadní materiál |
| Vzdálenost mezi tryskou a materiálem a maximální přípustná tolerance | Přibližně 0,2″ 0,004″, senzor vzdálenosti, regulace a osa Z jsou nutné | Přibližně 0,12″ 0,04″, senzor vzdálenosti, regulace a osa Z jsou nutné |
| Fyzické nastavení stroje | Laserový zdroj je vždy umístěn uvnitř stroje | Pracovní prostor a čerpadlo lze umístit samostatně |
| Rozsah velikostí stolu | 8′ x 4′ až 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ až 13′ x 6,5′ |
| Typický výstup paprsku na obrobku | 1500 až 2600 wattů | 4 až 17 kilowattů (4000 barů) |
Typické procesní aplikace a použití
| Předmět | Co2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Typické použití procesu | Řezání, vrtání, rytí, ablace, strukturování, svařování | Řezání, ablace, strukturování |
| 3D řezání materiálu | Obtížné kvůli tuhému vedení paprsku a regulaci vzdálenosti | Částečně možné, protože zbytková energie za obrobkem je zničena |
| Materiály, které lze 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 teplotami tání lze stěží řezat | Možné, ale existuje nebezpečí delaminace |
| Sendvičové struktury s dutinami | To u CO2 laseru není možné | Omezená schopnost |
| Řezání materiálů s omezeným nebo omezeným přístupem | Zřídka možné díky malé vzdálenosti a velké laserové řezací hlavě | Omezené kvůli malé vzdálenosti mezi tryskou a materiálem |
| Vlastnosti řezaného materiálu ovlivňující zpracování | Absorpční charakteristiky materiálu při 10,6m | 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 plechu | Řezání kamene, keramiky a kovů větších tloušťek |
Počáteční investice a průměrné provozní náklady
| Předmět | Co2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Vyžaduje se počáteční kapitálová investice | 300 000 $ s 20 kW čerpadlem a stolem 6,5′ x 4′ | 300 000 $ a více |
| Díly, které se opotřebují | Ochranné sklo, plyn trysky a prachové a částicové filtry | Tryska s vodním paprskem, zaostřovací tryska a všechny vysokotlaké součásti, jako jsou ventily, hadice a těsnění |
| Průměrná spotřeba energie kompletního řezacího systému | Předpokládejme 1500W CO2 laser: Spotřeba elektrické energie: 24-40 kW Laserový plyn (CO2, N2, He): 2-16 l/hod Řezný plyn (O2, N2): 500-2000 l/h | Předpokládejme 20 kW čerpadlo: Spotřeba elektrické energie: 22-35 kW Voda: 10 l/h Brusivo: 36 kg/h Likvidace řezného odpadu |
Přesnost procesu
| Předmět | Co2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Minimální velikost řezné štěrbiny | 0,006″, v závislosti na řezné rychlosti | 0,02″ |
| Vzhled povrchu řezu | Řezný povrch bude vykazovat pruhovanou strukturu | V závislosti na rychlosti řezání bude řezný povrch vypadat jako otryskaný |
| Stupeň oříznutí hran, aby byly zcela rovnoběžné | Dobrý;občas ukáže kuželové hrany | Dobrý;u silnějších materiálů dochází v křivkách k „ocasatému“ efektu |
| Tolerance zpracování | Přibližně 0,002″ | Přibližně 0,008″ |
| Stupeň otřepů na řezu | Dochází pouze k částečnému otřepu | Nedochází k otřepům |
| Tepelné namáhání materiálu | V materiálu může docházet k deformacím, popouštění a strukturálním změnám | Nedochází k tepelnému namáhání |
| Síly působící na materiál ve směru proudu plynu nebo vody při zpracování | Tlak plynu představuje problémy s tenkými obrobky, vzdálenost nelze udržovat | Vysoká: tenké, malé díly lze tak zpracovávat jen v omezené míře |
Bezpečnostní hlediska a provozní prostředí
| Předmět | Co2 laser | Řezání vodním paprskem |
| Osobní bezpečípožadavky na vybavení | Ochranné brýle proti laseru nejsou nezbytně nutné | Potřebné jsou ochranné brýle, ochrana sluchu a ochrana proti kontaktu s vysokotlakým proudem vody |
| Produkce kouře a prachu při zpracování | Vyskytuje se;plasty a některé kovové slitiny mohou produkovat toxické plyny | Neplatí pro řezání vodním paprskem |
| Hlukové znečištění a nebezpečí | Velmi nízký | Nezvykle vysoká |
| Požadavky na čištění stroje kvůli procesnímu nepořádku | Nízké čištění | Vysoký úklid |
| Řezání odpadu produkovaného tímto procesem | Odpad z řezání je převážně ve formě prachu, který vyžaduje vakuové odsávání a filtraci | Velké množství řezného odpadu vzniká smícháním vody s abrazivem |