فعالیتهای تولید لیزری در حال حاضر شامل برش، جوشکاری، عملیات حرارتی، روکشکاری، رسوب بخار، حکاکی، حکاکی با قلم، برشکاری، آنیل کردن و سختکاری ضربهای است. فرآیندهای تولید لیزری هم از نظر فنی و هم از نظر اقتصادی با فرآیندهای تولید مرسوم و غیرمتعارف مانند ماشینکاری مکانیکی و حرارتی، جوشکاری قوسی، ماشینکاری تخلیه الکتروشیمیایی و الکتریکی (EDM)، برش جت آب با مواد ساینده، برش پلاسما و برش شعله رقابت میکنند.
برش با جت آب فرآیندی است که برای برش مواد با استفاده از جت آب تحت فشار تا 60000 پوند بر اینچ مربع (psi) استفاده میشود. اغلب، آب با یک ساینده مانند گارنت مخلوط میشود که امکان برش تمیز مواد بیشتر را با تلرانسهای نزدیک، به صورت مربعی و با لبههای صاف فراهم میکند. جتهای آب قادر به برش بسیاری از مواد صنعتی از جمله فولاد ضد زنگ، اینکونل، تیتانیوم، آلومینیوم، فولاد ابزار، سرامیک، گرانیت و صفحه زرهی هستند. این فرآیند صدای قابل توجهی ایجاد میکند.
جدول زیر شامل مقایسهای از برش فلز با استفاده از فرآیند برش لیزر CO2 و فرآیند برش جت آب در فرآوری مواد صنعتی است.
§ تفاوتهای اساسی فرآیند
§ کاربردها و موارد استفاده معمول فرآیند
§ سرمایهگذاری اولیه و میانگین هزینههای عملیاتی
§ دقت فرآیند
§ ملاحظات ایمنی و محیط عملیاتی
تفاوتهای اساسی فرآیند
| موضوع | لیزر Co2 | برش با جت آب |
| روش انتقال انرژی | نور ۱۰.۶ متر (برد مادون قرمز دور) | آب |
| منبع انرژی | لیزر گازی | پمپ فشار بالا |
| نحوه انتقال انرژی | هدایت پرتو توسط آینهها (اپتیک پرنده)؛ انتقال فیبری نه برای لیزر CO2 قابل اجراست | شلنگهای فشار قوی سفت و سخت، انرژی را منتقل میکنند. |
| نحوه خروج مواد بریده شده | جت گاز، به علاوه گاز اضافی، مواد را بیرون میدهد | یک جت آب با فشار بالا مواد زائد را بیرون میراند |
| فاصله بین نازل و ماده و حداکثر تلرانس مجاز | تقریباً 0.2 اینچ 0.004 اینچ، سنسور فاصله، تنظیم و محور Z مورد نیاز است | تقریباً 0.12 اینچ 0.04 اینچ، سنسور فاصله، تنظیم و محور Z مورد نیاز است |
| تنظیم فیزیکی ماشین | منبع لیزر همیشه در داخل دستگاه قرار دارد | محل کار و پمپ را میتوان جداگانه قرار داد |
| طیف وسیعی از اندازههای میز | ۸ فوت در ۴ فوت تا ۲۰ فوت در ۶.۵ فوت | ۸ فوت در ۴ فوت تا ۱۳ فوت در ۶.۵ فوت |
| خروجی پرتو معمولی در قطعه کار | ۱۵۰۰ تا ۲۶۰۰ وات | ۴ تا ۱۷ کیلووات (۴۰۰۰ بار) |
کاربردها و موارد استفاده معمول فرآیند
| موضوع | لیزر Co2 | برش با جت آب |
| کاربردهای معمول فرآیند | برش، سوراخکاری، حکاکی، سایش، ساختاربندی، جوشکاری | برش، تخریب، ساختاردهی |
| برش مواد سه بعدی | به دلیل هدایت پرتو سفت و سخت و تنظیم فاصله دشوار است | تا حدودی ممکن است زیرا انرژی باقیمانده در پشت قطعه کار از بین میرود |
| موادی که میتوانند توسط این فرآیند برش داده شوند | تمام فلزات (به استثنای فلزات با بازتاب بالا)، تمام پلاستیکها، شیشه و چوب را میتوان برش داد | تمام مواد را میتوان با این فرآیند برش داد |
| ترکیبات مواد | مواد با نقاط ذوب مختلف به سختی قابل برش هستند | ممکن است، اما خطر لایه لایه شدن وجود دارد |
| سازههای ساندویچی با حفره | این کار با لیزر CO2 امکانپذیر نیست. | توانایی محدود |
| برش مواد با دسترسی محدود یا دارای اختلال | به دلیل فاصله کم و سر بزرگ برش لیزری، به ندرت ممکن است | به دلیل فاصله کم بین نازل و ماده، محدود است |
| خواص ماده برش خورده که بر فرآیند تأثیر میگذارند | ویژگیهای جذب ماده در فاصله ۱۰.۶ متر | سختی مواد یک عامل کلیدی است |
| ضخامت مادهای که برش یا پردازش در آن مقرون به صرفه است | ~0.12″ تا 0.4″ بسته به جنس | ~0.4″ تا 2.0″ |
| کاربردهای رایج این فرآیند | برش ورق فولادی مسطح با ضخامت متوسط برای پردازش ورق فلزی | برش سنگ، سرامیک و فلزات با ضخامت بیشتر |
سرمایهگذاری اولیه و میانگین هزینههای عملیاتی
| موضوع | لیزر Co2 | برش با جت آب |
| سرمایه اولیه مورد نیاز | ۳۰۰۰۰۰ دلار با پمپ ۲۰ کیلووات و میز ۶.۵ در ۴ فوت | ۳۰۰،۰۰۰ دلار به بالا |
| قطعاتی که فرسوده خواهند شد | شیشه محافظ، گاز نازلها، به علاوه فیلترهای گرد و غبار و ذرات | نازل جت آب، نازل متمرکز کننده و تمام اجزای فشار بالا مانند شیرها، شیلنگها و آببندها |
| میانگین مصرف انرژی سیستم برش کامل | یک لیزر CO2 با توان ۱۵۰۰ وات را فرض کنید: مصرف برق: ۲۴-۴۰ کیلووات گاز لیزر (CO2، N2، He): ۲-۱۶ لیتر در ساعت گاز برش (O2، N2): ۵۰۰-۲۰۰۰ لیتر در ساعت | یک پمپ 20 کیلوواتی را فرض کنید: مصرف برق: ۲۲-۳۵ کیلووات آب: ۱۰ لیتر در ساعت ساینده: ۳۶ کیلوگرم در ساعت دفع ضایعات برش |
دقت فرآیند
| موضوع | لیزر Co2 | برش با جت آب |
| حداقل اندازه شکاف برش | ۰.۰۰۶ اینچ، بسته به سرعت برش | 0.02 اینچ |
| ظاهر سطح برش | سطح برش، ساختاری مخطط نشان خواهد داد | بسته به سرعت برش، به نظر میرسد که سطح برش سندبلاست شده است. |
| درجه لبههای برش تا کاملاً موازی بودن | خوب؛ گاهی اوقات لبههای مخروطی شکل نشان میدهد | خوب؛ در مورد مواد ضخیمتر، یک اثر «دنبالهای» در منحنیها وجود دارد |
| تحمل پردازش | تقریباً 0.002 اینچ | تقریباً 0.008 اینچ |
| درجه برآمدگی روی برش | فقط فرورفتگی جزئی رخ میدهد | هیچ گونه دفن شدنی رخ نمی دهد |
| تنش حرارتی مواد | تغییر شکل، تمپر شدن و تغییرات ساختاری ممکن است در ماده رخ دهد | هیچ تنش حرارتی رخ نمیدهد |
| نیروهایی که در جهت جت گاز یا آب در حین پردازش بر روی ماده عمل میکنند | فشار گاز مشکلات مربوط به لاغری قطعه کار، فاصله قابل نگهداری نیست | زیاد: قطعات نازک و کوچک فقط تا حد محدودی قابل پردازش هستند |
ملاحظات ایمنی و محیط عملیاتی
| موضوع | لیزر Co2 | برش با جت آب |
| ایمنی شخصیالزامات تجهیزات | عینک ایمنی محافظ لیزر کاملاً ضروری نیست | عینک ایمنی محافظ، محافظ گوش و محافظت در برابر تماس با جت آب پرفشار مورد نیاز است. |
| تولید دود و گرد و غبار در حین پردازش | رخ میدهد؛ پلاستیکها و برخی آلیاژهای فلزی ممکن است گازهای سمی تولید کنند | برای برش جت آب قابل استفاده نیست |
| آلودگی صوتی و خطرات آن | خیلی پایین | به طور غیرمعمول بالا |
| الزامات تمیزکاری ماشین آلات به دلیل آشفتگی فرآیند | تمیز کردن کم | تمیز کنندگی بالا |
| کاهش ضایعات تولید شده توسط فرآیند | ضایعات برش عمدتاً به شکل گرد و غبار است که نیاز به مکش و فیلتر کردن دارد. | مقادیر زیادی ضایعات برش به دلیل اختلاط آب با مواد ساینده ایجاد میشود. |