Laservalmistustoimintaan kuuluvat tällä hetkellä leikkaus, hitsaus, lämpökäsittely, pinnoitus, höyrypinnoitus, kaiverrus, uurtaminen, leikkaus, hehkutus ja iskukarkaisu. Laservalmistusprosessit kilpailevat sekä teknisesti että taloudellisesti perinteisten ja epätavanomaisten valmistusprosessien, kuten mekaanisen ja lämpökäsittelyn, kaarihitsauksen, sähkökemiallisen ja kipinätyöstön (EDM), vesileikkauksen, plasmaleikkauksen ja liekkileikkauksen, kanssa.
Vesileikkaus on menetelmä, jossa materiaaleja leikataan jopa 60 000 paunan neliötuumaa kohden (psi) paineistetulla vesisuihkulla. Usein veteen sekoitetaan hankaavaa ainetta, kuten granaattia, mikä mahdollistaa useampien materiaalien siistin leikkaamisen tiukkojen toleranssien mukaisesti, suorakulmaisesti ja hyvällä reunapinnalla. Vesisuihkuilla voidaan leikata monia teollisuusmateriaaleja, kuten ruostumatonta terästä, Inconelia, titaania, alumiinia, työkaluterästä, keramiikkaa, graniittia ja panssarilevyjä. Tämä prosessi tuottaa huomattavaa melua.
Seuraavassa taulukossa vertaillaan metallinleikkausta CO2-laserleikkausprosessilla ja vesileikkausprosessilla teollisessa materiaalinkäsittelyssä.
§ Perustavanlaatuiset prosessierot
§ Tyypilliset prosessisovellukset ja käyttötarkoitukset
§ Alkuinvestointi ja keskimääräiset käyttökustannukset
§ Prosessin tarkkuus
§ Turvallisuusnäkökohdat ja toimintaympäristö
Perustavanlaatuiset prosessierot
| Aihe | CO2-laser | Vesileikkaus |
| Energian antamisen menetelmä | Valo 10,6 m (kaukoinfrapuna-alue) | Vesi |
| Energianlähde | Kaasulaser | Korkeapainepumppu |
| Miten energia siirtyy | Peilien ohjaama säde (lentävä optiikka); kuitujen siirto ei ole mahdollista mahdollista CO2-laserille | Jäykät korkeapaineletkut siirtävät energiaa |
| Kuinka leikattu materiaali poistuu | Kaasusuutin ja lisäkaasu työntävät materiaalia ulos | Korkeapaineinen vesisuihku poistaa jätemateriaalin |
| Suuttimen ja materiaalin välinen etäisyys ja suurin sallittu toleranssi | Noin 0,2″ 0,004″, etäisyysanturi, säätö ja Z-akseli välttämättömät | Noin 0,12″ 0,04″, etäisyysanturi, säätö ja Z-akseli välttämättömät |
| Fyysinen koneen kokoonpano | Laserlähde sijaitsee aina koneen sisällä | Työalue ja pumppu voidaan sijoittaa erikseen |
| Pöytäkokojen valikoima | 8′ x 4′ - 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ - 13′ x 6,5′ |
| Tyypillinen säteen teho työkappaleessa | 1500–2600 wattia | 4–17 kilowattia (4000 baaria) |
Tyypilliset prosessisovellukset ja käyttötarkoitukset
| Aihe | CO2-laser | Vesileikkaus |
| Tyypillisiä prosessien käyttötarkoituksia | Leikkaus, poraus, kaiverrus, ablaatio, strukturointi, hitsaus | Leikkaus, ablaatio, strukturointi |
| 3D-materiaalin leikkaus | Vaikea jäykän säteenohjauksen ja etäisyyden säätelyn vuoksi | Osittain mahdollista, koska työkappaleen takana oleva jäännösenergia tuhoutuu |
| Prosessilla leikattavat materiaalit | Kaikki metallit (paitsi erittäin heijastavat metallit), kaikki muovit, lasi ja puu voidaan leikata | Kaikki materiaalit voidaan leikata tällä menetelmällä |
| Materiaaliyhdistelmät | Eri sulamispisteillä varustettuja materiaaleja on vaikea leikata | Mahdollista, mutta on olemassa delaminaatiovaara |
| Onteloilla varustetut sandwich-rakenteet | Tämä ei ole mahdollista CO2-laserilla | Rajoitettu kyky |
| Materiaalien leikkaaminen rajoitetusti tai heikentyneellä pääsyllä | Harvoin mahdollista pienen etäisyyden ja suuren laserleikkauspään vuoksi | Rajoitettu suuttimen ja materiaalin välisen pienen etäisyyden vuoksi |
| Leikatun materiaalin ominaisuudet, jotka vaikuttavat käsittelyyn | Materiaalin absorptio-ominaisuudet 10,6 metrin korkeudella | Materiaalin kovuus on avaintekijä |
| Materiaalin paksuus, jolla leikkaaminen tai käsittely on taloudellista | ~0,12″ - 0,4″ materiaalista riippuen | ~0,4″ - 2,0″ |
| Yleisiä sovelluksia tälle prosessille | Keskipaksujen litteiden teräslevyjen leikkaus levymetallin työstöön | Kiven, keramiikan ja paksumpien metallien leikkaus |
Alkuinvestointi ja keskimääräiset käyttökustannukset
| Aihe | CO2-laser | Vesileikkaus |
| Vaadittu alkupääomasijoitus | 300 000 dollaria 20 kW:n pumpulla ja 6,5′ x 4′ pöydällä | Yli 300 000 dollaria |
| Kuluvat osat | Suojalasi, kaasu suuttimet sekä pöly- ja hiukkassuodattimet | Vesisuihkusuutin, tarkennussuutin ja kaikki korkeapainekomponentit, kuten venttiilit, letkut ja tiivisteet |
| Koko leikkausjärjestelmän keskimääräinen energiankulutus | Oletetaan, että kyseessä on 1500 watin CO2-laser: Sähkönkulutus: 24–40 kW Laserkaasu (CO2, N2, He): 2–16 l/h Leikkauskaasu (O2, N2): 500–2000 l/h | Oletetaan, että pumppu on 20 kW:n tehoinen: Sähkönkulutus: 22–35 kW Vesi: 10 l/h Hioma-aine: 36 kg/h Leikkausjätteen hävittäminen |
Prosessin tarkkuus
| Aihe | CO2-laser | Vesileikkaus |
| Leikkausraon vähimmäiskoko | 0,006 tuumaa, leikkausnopeudesta riippuen | 0,02 tuumaa |
| Leikkauspinnan ulkonäkö | Leikkauspinnalla näkyy juovikas rakenne | Leikkauspinta näyttää hiekkapuhalletulta leikkausnopeudesta riippuen. |
| Leikkausreunojen aste täysin yhdensuuntaisiksi | Hyvä; ajoittain esiintyy kartiomaisia reunoja | Hyvä; paksumpien materiaalien tapauksessa käyrissä on "häntä"-ilmiö |
| Käsittelytoleranssi | Noin 0,002 tuumaa | Noin 0,008 tuumaa |
| Leikkauksen purseiden aste | Vain osittaista pursuamista esiintyy | Ei purseita |
| Materiaalin lämpöjännitys | Materiaalissa voi esiintyä muodonmuutoksia, päästöjä ja rakenteellisia muutoksia | Lämpöjännitystä ei esiinny |
| Materiaaliin kaasu- tai vesisuihkun suuntaan prosessoinnin aikana vaikuttavat voimat | Kaasun paine aiheuttaa ongelmia ohuiden työkappaleet, etäisyys ei voida ylläpitää | Korkea: ohuita, pieniä osia voidaan siksi käsitellä vain rajoitetusti |
Turvallisuusnäkökohdat ja käyttöympäristö
| Aihe | CO2-laser | Vesileikkaus |
| Henkilökohtainen turvallisuuslaitevaatimukset | Lasersuojalasit eivät ole ehdottoman välttämättömiä | Suojalasit, kuulonsuojaimet ja suojaus korkeapainevesisuihkulta vaaditaan |
| Savun ja pölyn muodostuminen käsittelyn aikana | Esiintyy; muovit ja jotkut metalliseokset voivat tuottaa myrkyllisiä kaasuja | Ei sovellu vesileikkaukseen |
| Melusaaste ja vaara | Hyvin matala | Epätavallisen korkea |
| Koneen puhdistusvaatimukset prosessisotkun vuoksi | Alhainen puhdistustarve | Korkea puhdistusaste |
| Prosessissa syntyvän jätteen leikkaaminen | Leikkausjäte on pääasiassa pölyä, joka vaatii imurointia ja suodatusta. | Suuria määriä leikkausjätettä syntyy, kun vettä sekoitetaan hioma-aineisiin |