Οι δραστηριότητες κατασκευής με λέιζερ περιλαμβάνουν σήμερα κοπή, συγκόλληση, θερμική επεξεργασία, επένδυση, εναπόθεση ατμών, χάραξη, χάραξη, κόψιμο, ανόπτηση και σκλήρυνση με κρούση. Οι διαδικασίες κατασκευής με λέιζερ ανταγωνίζονται τόσο τεχνικά όσο και οικονομικά με συμβατικές και μη συμβατικές διαδικασίες κατασκευής, όπως η μηχανική και θερμική κατεργασία, η συγκόλληση με τόξο, η ηλεκτροχημική κατεργασία και η κατεργασία με ηλεκτρική εκκένωση (EDM), η κοπή με λειαντικό πίδακα νερού, η κοπή με πλάσμα και η κοπή με φλόγα.
Η κοπή με υδροβολή είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται για την κοπή υλικών χρησιμοποιώντας υδροβολή νερού υπό πίεση έως και 60.000 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (psi). Συχνά, το νερό αναμειγνύεται με ένα λειαντικό υλικό όπως ο γρανάτης, που επιτρέπει την καθαρή κοπή περισσότερων υλικών σε μικρές ανοχές, τετράγωνα και με καλό φινίρισμα στις άκρες. Οι υδροβολή είναι ικανές να κόβουν πολλά βιομηχανικά υλικά, όπως ανοξείδωτο χάλυβα, Inconel, τιτάνιο, αλουμίνιο, χάλυβα εργαλείων, κεραμικά, γρανίτη και πλάκες θωράκισης. Αυτή η διαδικασία παράγει σημαντικό θόρυβο.
Ο παρακάτω πίνακας περιέχει μια σύγκριση της κοπής μετάλλου χρησιμοποιώντας τη διαδικασία κοπής με λέιζερ CO2 και τη διαδικασία κοπής με πίδακα νερού στην βιομηχανική επεξεργασία υλικών.
§ Βασικές διαφορές διαδικασιών
§ Τυπικές εφαρμογές και χρήσεις διεργασιών
§ Αρχική επένδυση και μέσο λειτουργικό κόστος
§ Ακρίβεια της διαδικασίας
§ Ζητήματα ασφαλείας και λειτουργικό περιβάλλον
Βασικές διαφορές διαδικασιών
| Θέμα | Λέιζερ CO2 | Κοπή με πίδακα νερού |
| Μέθοδος μετάδοσης ενέργειας | Φως 10,6 m (εμβέλεια μακρινών υπέρυθρων) | Νερό |
| Πηγή ενέργειας | Λέιζερ αερίου | Αντλία υψηλής πίεσης |
| Πώς μεταδίδεται η ενέργεια | Δέσμη που καθοδηγείται από κάτοπτρα (ιπτάμενα οπτικά συστήματα)· η μετάδοση μέσω οπτικών ινών δεν εφικτό για λέιζερ CO2 | Οι άκαμπτοι σωλήνες υψηλής πίεσης μεταδίδουν την ενέργεια |
| Πώς αποβάλλεται το κομμένο υλικό | Πίδακας αερίου, συν επιπλέον αέριο, αποβάλλει υλικό | Ένας πίδακας νερού υψηλής πίεσης αποβάλλει τα απόβλητα |
| Απόσταση μεταξύ ακροφυσίου και υλικού και μέγιστη επιτρεπόμενη ανοχή | Περίπου 0,2″ 0,004″, απαιτείται αισθητήρας απόστασης, ρύθμιση και άξονας Z | Περίπου 0,12″ 0,04″, απαιτείται αισθητήρας απόστασης, ρύθμιση και άξονας Z |
| Ρύθμιση φυσικής μηχανής | Η πηγή λέιζερ βρίσκεται πάντα μέσα στο μηχάνημα | Ο χώρος εργασίας και η αντλία μπορούν να τοποθετηθούν ξεχωριστά |
| Γκάμα μεγεθών τραπεζιών | 8′ x 4′ έως 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ έως 13′ x 6,5′ |
| Τυπική έξοδος δέσμης στο τεμάχιο εργασίας | 1500 έως 2600 Watt | 4 έως 17 κιλοβάτ (4000 bar) |
Τυπικές εφαρμογές και χρήσεις διεργασιών
| Θέμα | Λέιζερ CO2 | Κοπή με πίδακα νερού |
| Τυπικές χρήσεις διεργασιών | Κοπή, διάτρηση, χάραξη, αφαίρεση, δόμηση, συγκόλληση | Κοπή, αφαίρεση, δόμηση |
| τρισδιάστατη κοπή υλικού | Δύσκολο λόγω της άκαμπτης καθοδήγησης της δέσμης και της ρύθμισης της απόστασης | Μερικώς πιθανό, καθώς η υπολειμματική ενέργεια πίσω από το τεμάχιο εργασίας καταστρέφεται |
| Υλικά που μπορούν να κοπούν με τη διαδικασία | Όλα τα μέταλλα (εκτός από τα πολύ ανακλαστικά μέταλλα), όλα τα πλαστικά, το γυαλί και το ξύλο μπορούν να κοπούν | Όλα τα υλικά μπορούν να κοπούν με αυτήν τη διαδικασία |
| Συνδυασμοί υλικών | Υλικά με διαφορετικά σημεία τήξης δύσκολα κόβονται | Πιθανό, αλλά υπάρχει κίνδυνος αποκόλλησης |
| Δομές σάντουιτς με κοιλότητες | Αυτό δεν είναι δυνατό με λέιζερ CO2. | Περιορισμένη ικανότητα |
| Κοπή υλικών με περιορισμένη ή μειωμένη πρόσβαση | Σπάνια εφικτό λόγω μικρής απόστασης και της μεγάλης κεφαλής κοπής λέιζερ | Περιορισμένο λόγω της μικρής απόστασης μεταξύ του ακροφυσίου και του υλικού |
| Ιδιότητες του κομμένου υλικού που επηρεάζουν την επεξεργασία | Χαρακτηριστικά απορρόφησης υλικού στα 10,6 m | Η σκληρότητα του υλικού είναι ένας βασικός παράγοντας |
| Πάχος υλικού στο οποίο η κοπή ή η επεξεργασία είναι οικονομική | ~0,12″ έως 0,4″ ανάλογα με το υλικό | ~0,4″ έως 2,0″ |
| Συνήθεις εφαρμογές για αυτήν τη διαδικασία | Κοπή επίπεδης λαμαρίνας μεσαίου πάχους για επεξεργασία λαμαρίνας | Κοπή πέτρας, κεραμικών και μετάλλων μεγαλύτερου πάχους |
Αρχική επένδυση και μέσο λειτουργικό κόστος
| Θέμα | Λέιζερ CO2 | Κοπή με πίδακα νερού |
| Απαιτείται αρχική κεφαλαιακή επένδυση | 300.000 δολάρια με αντλία 20 kW και τραπέζι 6,5′ x 4′ | 300.000+ δολάρια |
| Μέρη που θα φθαρούν | Προστατευτικό γυαλί, αερίου ακροφύσια, καθώς και φίλτρα σκόνης και σωματιδίων | Ακροφύσιο υδροβολής, ακροφύσιο εστίασης και όλα τα εξαρτήματα υψηλής πίεσης, όπως βαλβίδες, σωλήνες και στεγανοποιήσεις |
| Μέση κατανάλωση ενέργειας πλήρους συστήματος κοπής | Ας υποθέσουμε ένα λέιζερ CO2 1500 Watt: Χρήση ηλεκτρικής ενέργειας: 24-40 kW Αέριο λέιζερ (CO2, N2, He): 2-16 λίτρα/ώρα Αέριο κοπής (O2, N2): 500-2000 λίτρα/ώρα | Ας υποθέσουμε μια αντλία 20 kW: Χρήση ηλεκτρικής ενέργειας: 22-35 kW Νερό: 10 λίτρα/ώρα Λειαντικό: 36 kg/h Απόρριψη αποβλήτων κοπής |
Ακρίβεια της διαδικασίας
| Θέμα | Λέιζερ CO2 | Κοπή με πίδακα νερού |
| Ελάχιστο μέγεθος σχισμής κοπής | 0,006″, ανάλογα με την ταχύτητα κοπής | 0,02″ |
| Εμφάνιση επιφάνειας κοπής | Η επιφάνεια κοπής θα εμφανίζει μια ραβδωτή δομή | Η επιφάνεια κοπής θα φαίνεται σαν να έχει αμμοβοληθεί, ανάλογα με την ταχύτητα κοπής |
| Βαθμός κοπής άκρων σε πλήρη παράλληλη | Καλό· περιστασιακά θα εμφανίζει κωνικές άκρες | Καλό. υπάρχει ένα φαινόμενο «ουράς» στις καμπύλες στην περίπτωση παχύτερων υλικών. |
| Ανοχή επεξεργασίας | Περίπου 0,002″ | Περίπου 0,008″ |
| Βαθμός γρέζωσης στην κοπή | Παρουσιάζεται μόνο μερική τριβή | Δεν συμβαίνει γδάρσιμο |
| Θερμική καταπόνηση του υλικού | Παραμόρφωση, σκλήρυνση και δομικές αλλαγές μπορεί να συμβούν στο υλικό | Δεν εμφανίζεται θερμική καταπόνηση |
| Δυνάμεις που ασκούνται στο υλικό προς την κατεύθυνση του πίδακα αερίου ή νερού κατά την επεξεργασία | Θέσεις πίεσης αερίου προβλήματα με λεπτότητα τεμάχια εργασίας, απόσταση δεν μπορεί να συντηρηθεί | Υψηλή: λεπτά, μικρά μέρη μπορούν επομένως να υποστούν επεξεργασία μόνο σε περιορισμένο βαθμό |
Ζητήματα ασφαλείας και περιβάλλον λειτουργίας
| Θέμα | Λέιζερ CO2 | Κοπή με πίδακα νερού |
| Προσωπική ασφάλειααπαιτήσεις εξοπλισμού | Τα προστατευτικά γυαλιά λέιζερ δεν είναι απολύτως απαραίτητα | Απαιτούνται προστατευτικά γυαλιά ασφαλείας, ωτοασπίδες και προστασία από την επαφή με πίδακα νερού υψηλής πίεσης. |
| Παραγωγή καπνού και σκόνης κατά την επεξεργασία | Συμβαίνει· τα πλαστικά και ορισμένα μεταλλικά κράματα μπορεί να παράγουν τοξικά αέρια | Δεν ισχύει για κοπή με πίδακα νερού |
| Ηχορύπανση και κίνδυνος | Πολύ χαμηλό | Ασυνήθιστα υψηλό |
| Απαιτήσεις καθαρισμού μηχανημάτων λόγω ακαταστασίας κατά τη διαδικασία | Χαμηλό επίπεδο καθαρισμού | Υψηλή καθαριότητα |
| Μείωση των αποβλήτων που παράγονται από τη διαδικασία | Η κοπή των αποβλήτων γίνεται κυρίως με τη μορφή σκόνης που απαιτεί εκχύλιση και φιλτράρισμα σε κενό αέρος. | Μεγάλες ποσότητες αποβλήτων κοπής προκύπτουν λόγω της ανάμειξης νερού με λειαντικά |