Laseritootmistegevused hõlmavad praegu lõikamist, keevitamist, kuumtöötlust, plakeerimist, aurustamist, graveerimist, kriimustamist, kärpimist, lõõmutamist ja löögikarastamist. Laseritootmisprotsessid konkureerivad nii tehniliselt kui ka majanduslikult tavapäraste ja mittetraditsiooniliste tootmisprotsessidega, nagu mehaaniline ja termiline töötlemine, kaarkeevitus, elektrokeemiline ja elektroerosioontöötlus (EDM), abrasiivne veejoalõikus, plasmalõikus ja leegilõikus.
Veejoa lõikamine on protsess, mida kasutatakse materjalide lõikamiseks kuni 60 000 naela ruuttolli kohta (psi) survestatud veejoa abil. Sageli segatakse vesi abrasiiviga, näiteks granaadiga, mis võimaldab lõigata rohkem materjale puhtalt ja täpsete tolerantside järgi, otse ja hea servaviimistlusega. Veejoad on võimelised lõikama paljusid tööstusmaterjale, sealhulgas roostevaba terast, Inconeli, titaani, alumiiniumi, tööriistaterast, keraamikat, graniiti ja soomusplaate. See protsess tekitab märkimisväärset müra.
Järgnev tabel sisaldab metalli lõikamise võrdlust CO2-laserlõikusprotsessi ja veejoalõikusprotsessi abil tööstuslikus materjalitöötluses.
§ Põhimõttelised protsessierinevused
§ Tüüpilised protsessirakendused ja kasutusalad
§ Alginvesteering ja keskmised tegevuskulud
§ Protsessi täpsus
§ Ohutuskaalutlused ja töökeskkond
Põhilised protsessierinevused
| Teema | CO2 laser | Veejoa lõikamine |
| Energia edastamise meetod | Valguskaugus 10,6 m (kauginfrapuna ulatus) | Vesi |
| Energiaallikas | Gaasilaser | Kõrgsurvepump |
| Kuidas energiat edastatakse | Peeglite abil juhitav kiir (lendav optika); fiiberülekanne mitte CO2 laseriga teostatav | Jäigad kõrgsurvevoolikud edastavad energiat |
| Kuidas lõigatud materjal väljastatakse | Gaasijoa ja täiendav gaas väljutavad materjali | Kõrgsurve veejuga väljutab jääkaineid |
| Düüsi ja materjali vaheline kaugus ja maksimaalne lubatud hälve | Ligikaudu 0,2″ 0,004″, vajalik on kauguseandur, reguleerimine ja Z-telg | Ligikaudu 0,12″ 0,04″, vajalik on kauguseandur, reguleerimine ja Z-telg |
| Füüsilise masina seadistamine | Laserallikas asub alati masina sees | Tööala ja pump võivad asuda eraldi |
| Laua suuruste valik | 8′ x 4′ kuni 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ kuni 13′ x 6,5′ |
| Tüüpiline kiire väljund töödeldaval pinnal | 1500 kuni 2600 vatti | 4 kuni 17 kilovatti (4000 baari) |
Tüüpilised protsessirakendused ja kasutusalad
| Teema | CO2 laser | Veejoa lõikamine |
| Tüüpilised protsesside kasutusviisid | Lõikamine, puurimine, graveerimine, ablatsioon, struktureerimine, keevitamine | Lõikamine, ablatsioon, struktureerimine |
| 3D-materjali lõikamine | Jäiga tala juhtimise ja kauguse reguleerimise tõttu keeruline | Osaliselt võimalik, kuna töödeldava detaili taga olev jääkenergia hävib |
| Selle protsessi abil lõigatavad materjalid | Lõigata saab kõiki metalle (välja arvatud väga peegeldavad metallid), kõiki plaste, klaasi ja puitu | Selle meetodiga saab lõigata kõiki materjale |
| Materjalide kombinatsioonid | Erineva sulamistemperatuuriga materjale on raske lõigata | Võimalik, aga on oht kihistumiseks |
| Õõnsustega sandwich-struktuurid | CO2-laseriga pole see võimalik. | Piiratud võimekus |
| Materjalide lõikamine piiratud või raskendatud ligipääsu korral | Harva võimalik väikese vahemaa ja suure laserlõikepea tõttu | Piiratud düüsi ja materjali vahelise väikese vahemaa tõttu |
| Lõigatud materjali omadused, mis mõjutavad töötlemist | Materjali neeldumisomadused 10,6 m kõrgusel | Materjali kõvadus on võtmetegur |
| Materjali paksus, mille juures lõikamine või töötlemine on ökonoomne | ~0,12″ kuni 0,4″ olenevalt materjalist | ~0,4″ kuni 2,0″ |
| Selle protsessi tavalised rakendused | Keskmise paksusega lehtmetalli lõikamine lehtmetalli töötlemiseks | Kivi, keraamika ja suurema paksusega metallide lõikamine |
Alginvesteering ja keskmised tegevuskulud
| Teema | CO2 laser | Veejoa lõikamine |
| Vajalik algkapitaliinvesteering | 300 000 dollarit koos 20 kW pumba ja 6,5′ x 4′ lauaga | 300 000+ dollarit |
| Osad, mis kuluvad | Kaitseklaas, gaas otsikud ning nii tolmu- kui ka osakestefiltrid | Veejoa otsik, fokuseerimisotsik ja kõik kõrgsurvekomponendid, näiteks ventiilid, voolikud ja tihendid |
| Täieliku lõikesüsteemi keskmine energiatarve | Oletame, et tegemist on 1500-vatise CO2-laseriga: Elektrienergia kasutamine: 24–40 kW Lasergaasi (CO2, N2, He): 2–16 l/h Lõikegaas (O2, N2): 500–2000 l/h | Oletame, et pump on 20 kW: Elektrienergia kasutamine: 22–35 kW Vesi: 10 l/h Abrasiiv: 36 kg/h Lõikejäätmete kõrvaldamine |
Protsessi täpsus
| Teema | CO2 laser | Veejoa lõikamine |
| Lõikepilu minimaalne suurus | 0,006 tolli, olenevalt lõikekiirusest | 0,02 tolli |
| Lõikepinna välimus | Lõikepinnal on näha triibuline struktuur | Lõikepind näib olevat liivapritsiga töödeldud, olenevalt lõikekiirusest. |
| Lõikeservade täieliku paralleelsuse aste | Hea; aeg-ajalt esineb koonilisi servi | Hea; paksemate materjalide puhul on kõveratel "saba" efekt. |
| Töötlemistaluvus | Ligikaudu 0,002 tolli | Ligikaudu 0,008 tolli |
| Lõikepinna ebatasasuste aste | Esineb ainult osalist põletust | Ei teki udu |
| Materjali termiline pinge | Materjalis võivad esineda deformatsiooni, karastumist ja struktuurimuutusi | Termilist pinget ei teki |
| Materjalile töötlemise ajal gaasi- või veejoa suunas mõjuvad jõud | Gaasirõhk tekitab probleemid õhukese toorikud, kaugus ei saa säilitada | Kõrge: õhukesi ja väikeseid osi saab seega töödelda vaid piiratud määral |
Ohutuskaalutlused ja töökeskkond
| Teema | CO2 laser | Veejoa lõikamine |
| Isiklik turvalisusvarustusnõuded | Laserkaitseprillid ei ole absoluutselt vajalikud | Vajalikud on kaitseprillid, kõrvakaitsed ja kaitse kõrgsurveveejoaga kokkupuute eest. |
| Suitsu ja tolmu teke töötlemise ajal | Esineb; plast ja mõned metallisulamid võivad toota mürgiseid gaase | Ei ole kohaldatav veejoa lõikamiseks |
| Mürasaaste ja oht | Väga madal | Ebatavaliselt kõrge |
| Masinapuhastusnõuded protsessi segaduse tõttu | Madal puhastusvajadus | Kõrge puhastusaste |
| Protsessi käigus tekkivate jäätmete lõikamine | Lõikejäätmed on peamiselt tolmu kujul, mis vajab tolmuimejat ja filtreerimist. | Abrasiivmaterjalide ja vee segamisel tekib suur kogus lõikejäätmeid. |