Le attività di produzione laser attualmente includono taglio, saldatura, trattamento termico, rivestimento, deposizione di vapore, incisione, incisione, rifilatura, ricottura e indurimento agli urti.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 con scarica elettrica (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 di acqua pressurizzata 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 strette, 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 piastre corazzate.Questo processo genera un rumore significativo.
La tabella che segue contiene un confronto tra il taglio dei metalli utilizzando il processo di taglio laser CO2 e il processo di taglio a getto d'acqua nella lavorazione dei materiali industriali.
§ Differenze fondamentali del processo
§ Applicazioni e usi tipici del processo
§ Investimento iniziale e costi medi di esercizio
§ Precisione del processo
§ Considerazioni sulla sicurezza e ambiente operativo
Differenze fondamentali del processo
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| Metodo per impartire energia | Luce 10,6 m (portata del lontano infrarosso) | Acqua |
| Fonte d'energia | Laser a gas | Pompa ad alta pressione |
| Come viene trasmessa l'energia | Fascio guidato da specchi (ottica volante);trasmissione in fibra no fattibile per laser CO2 | I tubi rigidi ad alta pressione trasmettono l'energia |
| Come viene espulso il materiale tagliato | Il getto di gas e il gas aggiuntivo espellono il materiale | Un getto d'acqua ad alta pressione espelle il materiale di scarto |
| Distanza tra ugello e materiale e tolleranza massima consentita | 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′ |
| Emissione tipica del raggio sul pezzo | Da 1500 a 2600 Watt | Da 4 a 17 kilowatt (4000 bar) |
Applicazioni e usi tipici del processo
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| Usi tipici del processo | Taglio, foratura, incisione, ablazione, strutturazione, saldatura | Taglio, ablazione, strutturazione |
| Taglio materiale 3D | Difficile a causa della guida rigida del raggio e della regolazione della distanza | Parzialmente possibile poiché l'energia residua dietro il pezzo viene distrutta |
| Materiali che possono essere tagliati dal processo | È possibile tagliare tutti i metalli (esclusi quelli altamente riflettenti), tutta la plastica, 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 sussiste il pericolo di delaminazione |
| Strutture sandwich con cavità | Questo non è possibile con un laser CO2 | Abilità limitata |
| Taglio di materiali con accesso limitato o impedito | Raramente possibile a causa della distanza ridotta 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 risultano 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 grosso spessore |
Investimento iniziale e costi operativi medi
| Soggetto | Laser Co2 | Taglio a getto d'acqua |
| È richiesto un investimento di capitale iniziale | $ 300.000 con una pompa da 20 kW e un tavolo da 6,5′ x 4′ | $ 300.000 + |
| Parti che si consumeranno | Vetro di protezione, gas ugelli, oltre ai filtri antipolvere e antiparticolato | Ugello a getto d'acqua, ugello focalizzatore e tutti i componenti ad alta pressione come valvole, tubi flessibili e guarnizioni |
| Consumo energetico medio del sistema di taglio completo | Supponiamo un laser CO2 da 1500 Watt: Consumo di energia elettrica: 24-40 kW Gas laser (CO2, N2, He): 2-16 l/ora Gas di taglio (O2, N2): 500-2000 l/ora | Ipotizziamo una pompa da 20 kW: Consumo di energia elettrica: 22-35 kW Acqua: 10 l/h Abrasivo: 36 kg/ora 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 | Bene;occasionalmente mostrerà bordi conici | Bene;si ha un effetto “coda” nelle curve nel caso di materiali più spessi |
| Tolleranza alla lavorazione | Circa 0,002″ | Circa 0,008″ |
| Grado di sbavatura sul taglio | Si verifica solo una sbavatura parziale | Non si verifica alcuna sbavatura |
| Stress termico del materiale | Nel materiale possono verificarsi deformazioni, rinvenimenti e cambiamenti strutturali | Non si verifica alcuno stress termico |
| Forze che agiscono sul materiale nella direzione del getto di gas o acqua durante la lavorazione | Pose di pressione del gas problemi con il sottile pezzi, distanza non può essere mantenuto | Elevata: i pezzi sottili e piccoli possono quindi essere lavorati 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 per la protezione laser non sono assolutamente necessari | Sono necessari occhiali protettivi di sicurezza, protezioni per le orecchie e protezione contro il contatto con getti d'acqua ad alta pressione |
| Produzione di fumi e polveri 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 di disordine del processo | Bassa pulizia | Alta pulizia |
| Taglio degli scarti prodotti dal processo | Gli scarti di taglio sono principalmente sotto forma di polvere che richiede aspirazione e filtraggio | Grandi quantità di residui di taglio si formano a causa della miscelazione dell'acqua con gli abrasivi |