Le attività di produzione laser includono attualmente taglio, saldatura, trattamento termico, placcatura, deposizione da vapore, incisione, tracciatura, rifilatura, ricottura e tempra d'urto. I processi di produzione laser competono sia tecnicamente che economicamente con processi di produzione convenzionali e non convenzionali come la lavorazione meccanica e termica, la saldatura ad arco, la lavorazione elettrochimica e l'elettroerosione (EDM), il taglio a getto d'acqua abrasivo, il taglio al plasma e il taglio a fiamma.
Il taglio a getto d'acqua è un processo utilizzato per tagliare materiali utilizzando un getto d'acqua pressurizzato fino a 60.000 libbre per pollice quadrato (psi). Spesso, l'acqua viene miscelata con un abrasivo come il granato, che consente di tagliare più materiali in modo pulito, con tolleranze ristrette, in modo squadrato e con una buona finitura dei bordi. I getti d'acqua sono in grado di tagliare molti materiali industriali, tra cui acciaio inossidabile, Inconel, titanio, alluminio, acciaio per utensili, ceramica, granito e lamiere corazzate. Questo processo genera un rumore significativo.
La tabella seguente contiene un confronto tra il taglio dei metalli mediante il processo di taglio laser CO2 e il processo di taglio a getto d'acqua nella lavorazione industriale dei materiali.
§ Differenze fondamentali del processo
§ Applicazioni e usi tipici del processo
§ Investimento iniziale e costi operativi medi
§ Precisione del processo
§ Considerazioni sulla sicurezza e ambiente operativo
Differenze fondamentali del processo
| Soggetto | Laser CO2 | Taglio a getto d'acqua |
| Metodo di trasmissione dell'energia | Luce 10,6 m (raggio infrarosso lontano) | Acqua |
| Fonte di energia | Laser a gas | Pompa ad alta pressione |
| Come viene trasmessa l'energia | Fascio guidato da specchi (ottica volante); trasmissione in fibra non fattibile per laser CO2 | I tubi rigidi ad alta pressione trasmettono l'energia |
| Come viene espulso il materiale tagliato | Getto di gas, più gas aggiuntivo espelle il materiale | Un getto d'acqua ad alta pressione espelle il materiale di scarto |
| Distanza tra ugello e materiale e tolleranza massima ammissibile | Circa 0,2″ 0,004″, sensore di distanza, regolazione e asse Z necessari | Circa 0,12″ 0,04″, sensore di distanza, regolazione e asse Z necessari |
| Configurazione fisica della macchina | Sorgente laser sempre posizionata all'interno della macchina | L'area di lavoro e la pompa possono essere posizionate separatamente |
| Gamma di dimensioni del tavolo | Da 8′ x 4′ a 20′ x 6,5′ | Da 8′ x 4′ a 13′ x 6,5′ |
| Uscita tipica del raggio sul pezzo in lavorazione | da 1500 a 2600 Watt | da 4 a 17 kilowatt (4000 bar) |
Applicazioni e usi tipici dei processi
| Soggetto | Laser CO2 | Taglio a getto d'acqua |
| Usi tipici del processo | Taglio, foratura, incisione, ablazione, strutturazione, saldatura | Taglio, ablazione, strutturazione |
| Taglio di materiali 3D | Difficile a causa della guida rigida del raggio e della regolazione della distanza | Parzialmente possibile poiché l'energia residua dietro il pezzo in lavorazione viene distrutta |
| Materiali tagliabili dal processo | Possono essere tagliati tutti i metalli (esclusi i metalli altamente riflettenti), tutte le plastiche, il vetro e il legno | Tutti i materiali possono essere tagliati con questo processo |
| Combinazioni di materiali | I materiali con diversi punti di fusione difficilmente possono essere tagliati | Possibile, ma c'è il rischio di delaminazione |
| Strutture sandwich con cavità | Questo non è possibile con un laser CO2 | Capacità limitata |
| Taglio di materiali con accesso limitato o impedito | Raramente possibile a causa della piccola distanza e della grande testa di taglio laser | Limitato a causa della piccola distanza tra l'ugello e il materiale |
| Proprietà del materiale tagliato che influenzano la lavorazione | Caratteristiche di assorbimento del materiale a 10,6 m | La durezza del materiale è un fattore chiave |
| Spessore del materiale al quale il taglio o la lavorazione sono economici | ~0,12″ a 0,4″ a seconda del materiale | ~0,4″ a 2,0″ |
| Applicazioni comuni per questo processo | Taglio di lamiere piane di medio spessore per la lavorazione della lamiera | Taglio di pietre, ceramiche e metalli di spessore maggiore |
Investimento iniziale e costi operativi medi
| Soggetto | Laser CO2 | Taglio a getto d'acqua |
| Investimento di capitale iniziale richiesto | $ 300.000 con una pompa da 20 kW e un tavolo da 6,5′ x 4′ | $ 300.000+ |
| Parti che si usurano | Vetro protettivo, gas ugelli, più filtri antipolvere e antiparticolato | Ugello a getto d'acqua, ugello di focalizzazione e tutti i componenti ad alta pressione come valvole, tubi flessibili e guarnizioni |
| Consumo energetico medio dell'intero sistema di taglio | Supponiamo un laser CO2 da 1500 Watt: Consumo di energia elettrica: 24-40 kW Gas laser (CO2, N2, He): 2-16 l/h Gas di taglio (O2, N2): 500-2000 l/h | Supponiamo una pompa da 20 kW: Consumo di energia elettrica: 22-35 kW Acqua: 10 l/h Abrasivo: 36 kg/h Smaltimento degli scarti di taglio |
Precisione del processo
| Soggetto | Laser CO2 | Taglio a getto d'acqua |
| Dimensione minima della fessura di taglio | 0,006", a seconda della velocità di taglio | 0,02″ |
| Aspetto della superficie tagliata | La superficie tagliata mostrerà una struttura striata | La superficie tagliata sembrerà sabbiata, a seconda della velocità di taglio |
| Grado di bordi tagliati completamente paralleli | Buono; occasionalmente mostrerà bordi conici | Bene; c'è un effetto "coda" nelle curve nel caso di materiali più spessi |
| Tolleranza di elaborazione | Circa 0,002″ | Circa 0,008″ |
| Grado di sbavatura sul taglio | Si verifica solo una parziale sbavatura | Non si verificano sbavature |
| Stress termico del materiale | Possono verificarsi deformazioni, rinvenimenti e cambiamenti strutturali nel materiale | Non si verifica alcuno stress termico |
| Forze che agiscono sul materiale in direzione del getto di gas o acqua durante la lavorazione | Posizioni di pressione del gas problemi con il sottile pezzi da lavorare, distanza non può essere mantenuto | Alto: le parti sottili e piccole possono quindi essere lavorate solo in misura limitata |
Considerazioni sulla sicurezza e ambiente operativo
| Soggetto | Laser CO2 | Taglio a getto d'acqua |
| Sicurezza personalerequisiti dell'attrezzatura | Gli occhiali di sicurezza con protezione laser non sono assolutamente necessari | Sono necessari occhiali protettivi di sicurezza, protezioni acustiche e protezione contro il contatto con getti d'acqua ad alta pressione |
| Produzione di fumo e polvere durante la lavorazione | Si verifica; la plastica e alcune leghe metalliche possono produrre gas tossici | Non applicabile per il taglio a getto d'acqua |
| Inquinamento acustico e pericolo | Molto basso | Insolitamente alto |
| Requisiti di pulizia della macchina a causa del disordine del processo | Bassa pulizia | Pulizia elevata |
| Riduzione degli sprechi prodotti dal processo | Gli scarti di taglio sono principalmente sotto forma di polvere che richiede l'aspirazione e la filtrazione tramite aspirazione | Grandi quantità di scarti di taglio si verificano a causa della miscelazione di acqua con abrasivi |