Laserproduktionsaktiviteter omfatter i øjeblikket skæring, svejsning, varmebehandling, beklædning, dampaflejring, gravering, ridsning, trimning, udglødning og stødhærdning. Laserproduktionsprocesser konkurrerer både teknisk og økonomisk med konventionelle og ikke-konventionelle fremstillingsprocesser såsom mekanisk og termisk bearbejdning, lysbuesvejsning, elektrokemisk og elektrisk udladningsbearbejdning (EDM), slibende vandstråleskæring, plasmaskæring og flammeskæring.
Vandstråleskæring er en proces, der bruges til at skære materialer ved hjælp af en trykvandsstråle på op til 60.000 pund pr. kvadrattomme (psi). Ofte blandes vandet med et slibemiddel som granat, der gør det muligt at skære flere materialer rent med snævre tolerancer, lige og med en god kantfinish. Vandstråler er i stand til at skære mange industrielle materialer, herunder rustfrit stål, Inconel, titanium, aluminium, værktøjsstål, keramik, granit og panserplader. Denne proces genererer betydelig støj.
Tabellen nedenfor indeholder en sammenligning af metalskæring ved hjælp af CO2-laserskæringsprocessen og vandstråleskæringsprocessen i industriel materialeforarbejdning.
§ Grundlæggende procesforskelle
§ Typiske procesapplikationer og anvendelser
§ Indledende investering og gennemsnitlige driftsomkostninger
§ Processens præcision
§ Sikkerhedshensyn og driftsmiljø
Grundlæggende procesforskelle
| Emne | CO2-laser | Vandstråleskæring |
| Metode til at overføre energi | Lys 10,6 m (lang infrarød rækkevidde) | Vand |
| Energikilde | Gaslaser | Højtrykspumpe |
| Hvordan energi overføres | Stråle styret af spejle (flyvende optik); fibertransmission ikke muligt for CO2-laser | Stive højtryksslanger overfører energien |
| Hvordan skåret materiale udstødes | Gasstråle plus ekstra gas udstøder materiale | En højtryksvandstråle udstøder affaldsmateriale |
| Afstand mellem dyse og materiale og maksimal tilladt tolerance | Cirka 0,2″ 0,004″, afstandssensor, regulering og Z-akse nødvendig | Cirka 0,12″ 0,04″, afstandssensor, regulering og Z-akse nødvendig |
| Fysisk maskinopsætning | Laserkilden er altid placeret inde i maskinen | Arbejdsområdet og pumpen kan placeres separat |
| Udvalg af bordstørrelser | 8′ x 4′ til 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ til 13′ x 6,5′ |
| Typisk stråleudgang ved emnet | 1500 til 2600 watt | 4 til 17 kilowatt (4000 bar) |
Typiske procesapplikationer og anvendelser
| Emne | CO2-laser | Vandstråleskæring |
| Typiske procesanvendelser | Skæring, boring, gravering, ablation, strukturering, svejsning | Skæring, ablation, strukturering |
| 3D-materialeskæring | Vanskelig på grund af stiv stråleføring og afstandsregulering | Delvist muligt, da restenergien bag emnet ødelægges |
| Materialer, der kan skæres ved hjælp af processen | Alle metaller (undtagen stærkt reflekterende metaller), alle plasttyper, glas og træ kan skæres | Alle materialer kan skæres med denne proces |
| Materialekombinationer | Materialer med forskellige smeltepunkter kan knap nok skæres | Muligt, men der er fare for delaminering |
| Sandwichstrukturer med hulrum | Dette er ikke muligt med en CO2-laser | Begrænset evne |
| Skæring af materialer med begrænset eller nedsat adgang | Sjældent muligt på grund af lille afstand og det store laserskærehoved | Begrænset på grund af den lille afstand mellem dysen og materialet |
| Egenskaber ved det skårne materiale, der påvirker bearbejdningen | Materialets absorptionsegenskaber ved 10,6 m | Materialets hårdhed er en nøglefaktor |
| Materialetykkelse, hvor skæring eller bearbejdning er økonomisk | ~0,12″ til 0,4″ afhængigt af materialet | ~0,4″ til 2,0″ |
| Almindelige anvendelser af denne proces | Skæring af flad stålplade af medium tykkelse til pladebearbejdning | Skæring af sten, keramik og metaller med større tykkelse |
Indledende investering og gennemsnitlige driftsomkostninger
| Emne | CO2-laser | Vandstråleskæring |
| Nødvendig initial kapitalinvestering | 300.000 dollars med en 20 kW pumpe og et 6,5' x 4' bord | 300.000+ dollars |
| Dele, der vil slides op | Beskyttelsesglas, gas dyser, plus både støv- og partikelfiltre | Vandstråledyse, fokuseringsdyse og alle højtrykskomponenter såsom ventiler, slanger og pakninger |
| Gennemsnitligt energiforbrug for det komplette skæresystem | Antag en 1500 Watt CO2-laser: Elektrisk strømforbrug: 24-40 kW Lasergas (CO2, N2, He): 2-16 l/t Skæregas (O2, N2): 500-2000 l/t | Antag en 20 kW pumpe: Elektrisk strømforbrug: 22-35 kW Vand: 10 l/t Slibemiddel: 36 kg/t Bortskaffelse af skæreaffald |
Processens præcision
| Emne | CO2-laser | Vandstråleskæring |
| Minimumsstørrelse af skærespalten | 0,006″, afhængigt af skærehastighed | 0,02″ |
| Skåret overfladeudseende | Skåret overflade vil vise en stribet struktur | Skærefladen vil se ud som om den er blevet sandblæst, afhængigt af skærehastigheden. |
| Grad af snitkanter til fuldstændig parallel | God; vil lejlighedsvis vise koniske kanter | Godt; der er en "halelignende" effekt i kurver i tilfælde af tykkere materialer |
| Bearbejdningstolerance | Cirka 0,002″ | Cirka 0,008″ |
| Grad af gratdannelse på snittet | Kun delvis gratdannelse forekommer | Der opstår ingen gratdannelse |
| Termisk spænding af materiale | Deformation, anløbning og strukturelle ændringer kan forekomme i materialet | Der opstår ingen termisk stress |
| Kræfter, der virker på materialet i retning af gas- eller vandstråle under bearbejdning | Gastryk udgør problemer med tynde emner, afstand kan ikke opretholdes | Høj: Tynde, små dele kan derfor kun bearbejdes i begrænset grad |
Sikkerhedshensyn og driftsmiljø
| Emne | CO2-laser | Vandstråleskæring |
| Personlig sikkerhedudstyrskrav | Laserbeskyttelsesbriller er ikke absolut nødvendige | Beskyttelsesbriller, høreværn og beskyttelse mod kontakt med højtryksvandstråler er nødvendige. |
| Produktion af røg og støv under forarbejdning | Forekommer; plast og nogle metallegeringer kan producere giftige gasser | Ikke anvendelig til vandstråleskæring |
| Støjforurening og fare | Meget lav | Usædvanligt høj |
| Krav til maskinrengøring på grund af procesrod | Lav oprydning | Høj oprydning |
| Reduktion af affald produceret af processen | Affaldshåndtering sker primært i form af støv, der kræver støvsugning og filtrering. | Store mængder skæreaffald opstår på grund af blanding af vand og slibemidler |