פעילויות ייצור לייזר כוללות כיום חיתוך, ריתוך, טיפול בחום, ציפוי, שקיעת אדים, חריטה, שרבוט, חיתוך, חישול והקשחת הלם. תהליכי ייצור לייזר מתחרים הן מבחינה טכנית והן מבחינה כלכלית עם תהליכי ייצור קונבנציונליים ולא קונבנציונליים כגון עיבוד מכני ותרמי, ריתוך בקשת, עיבוד אלקטרוכימי ופריקה חשמלית (EDM), חיתוך סילון מים שוחק, חיתוך פלזמה וחיתוך בלהבה.
חיתוך בסילון מים הוא תהליך המשמש לחיתוך חומרים באמצעות סילון מים בלחץ של עד 60,000 פאונד לאינץ' מרובע (psi). לעתים קרובות, המים מעורבבים עם חומר שוחק כמו גארנט המאפשר חיתוך נקי של חומרים רבים יותר, עד לסבולות סגורות, בצורה ישרה ועם גימור קצה טוב. סילוני מים מסוגלים לחתוך חומרים תעשייתיים רבים, כולל נירוסטה, אינקונל, טיטניום, אלומיניום, פלדת כלים, קרמיקה, גרניט ולוחות שריון. תהליך זה מייצר רעש משמעותי.
הטבלה הבאה מכילה השוואה בין חיתוך מתכת באמצעות תהליך חיתוך בלייזר CO2 ותהליך חיתוך בסילון מים בעיבוד חומרים תעשייתי.
§ הבדלים מהותיים בתהליך
§ יישומים ושימושים אופייניים בתהליך
§ השקעה ראשונית ועלויות תפעול ממוצעות
§ דיוק התהליך
§ שיקולי בטיחות וסביבת הפעלה
הבדלים מהותיים בתהליך
| נוֹשֵׂא | לייזר CO2 | חיתוך בסילון מים |
| שיטת העברת אנרגיה | אור 10.6 מטר (טווח אינפרא אדום רחוק) | מַיִם |
| מקור אנרגיה | לייזר גז | משאבה בלחץ גבוה |
| כיצד אנרגיה מועברת | קרן מונחית על ידי מראות (אופטיקה מעופפת); העברת סיבים לא אפשרי עבור לייזר CO2 | צינורות לחץ גבוה קשיחים מעבירים את האנרגיה |
| כיצד חומר חתוך נפלט | סילון גז, בתוספת גז נוסף, פולט חומר | סילון מים בלחץ גבוה פולט פסולת |
| מרחק בין הזרבובית לחומר וסבילות מקסימלית מותרת | כ-0.2 אינץ' 0.004 אינץ', נדרשים חיישן מרחק, ויסות וציר Z | כ-0.12 אינץ' 0.04 אינץ', נדרשים חיישן מרחק, ויסות וציר Z |
| הגדרת מכונה פיזית | מקור הלייזר ממוקם תמיד בתוך המכונה | ניתן למקם את אזור העבודה והמשאבה בנפרד |
| מגוון גדלי שולחן | 8' x 4' עד 20' x 6.5' | 8' x 4' עד 13' x 6.5' |
| פלט קרן טיפוסי בחומר העבודה | 1500 עד 2600 וואט | 4 עד 17 קילוואט (4000 בר) |
יישומים ושימושים אופייניים בתהליך
| נוֹשֵׂא | לייזר CO2 | חיתוך בסילון מים |
| שימושים אופייניים בתהליך | חיתוך, קידוח, חריטה, אבלציה, מבנה, ריתוך | חיתוך, אבלציה, מבנה |
| חיתוך חומרים תלת-ממדי | קשה עקב הנחיית קרן נוקשה וויסות המרחק | אפשרי חלקית מכיוון שאנרגיה שיורית מאחורי חומר העבודה נהרסת |
| חומרים הניתנים לחיתוך בתהליך | ניתן לחתוך את כל המתכות (למעט מתכות מחזירות אור), כל סוגי הפלסטיק, הזכוכית והעץ | ניתן לחתוך את כל החומרים בתהליך זה |
| שילובי חומרים | חומרים בעלי נקודות התכה שונות בקושי ניתנים לחתיכה | אפשרי, אך קיימת סכנת התפרקות |
| מבני סנדוויץ' עם חללים | זה לא אפשרי עם לייזר CO2 | יכולת מוגבלת |
| חיתוך חומרים עם גישה מוגבלת או לקויה | לעיתים רחוקות אפשרי עקב מרחק קטן וראש חיתוך לייזר גדול | מוגבל עקב המרחק הקטן בין הפיה לחומר |
| תכונות החומר החתוך המשפיעות על העיבוד | מאפייני ספיגה של חומר בגובה 10.6 מטר | קשיות החומר היא גורם מפתח |
| עובי החומר שבו חיתוך או עיבוד חסכוניים | ~0.12 אינץ' עד 0.4 אינץ' תלוי בחומר | ~0.4 אינץ' עד 2.0 אינץ' |
| יישומים נפוצים לתהליך זה | חיתוך פלדת יריעות שטוחות בעובי בינוני לעיבוד מתכת | חיתוך אבן, קרמיקה ומתכות בעובי גדול יותר |
השקעה ראשונית ועלויות תפעול ממוצעות
| נוֹשֵׂא | לייזר CO2 | חיתוך בסילון מים |
| נדרשת השקעה ראשונית | 300,000 דולר עם משאבה של 20 קילוואט ושולחן בגודל 6.5 רגל על 4 רגל | 300,000 דולר+ |
| חלקים שיתבלו | זכוכית מגן, גז חרירים, בנוסף גם לאבק וגם לחלקיקים | זרבובית סילון מים, זרבובית מיקוד וכל רכיבי הלחץ הגבוה כגון שסתומים, צינורות ואטמים |
| צריכת אנרגיה ממוצעת של מערכת חיתוך שלמה | נניח לייזר CO2 בהספק של 1500 וואט: שימוש בחשמל: 24-40 קילוואט גז לייזר (CO2, N2, He): 2-16 ליטר/שעה גז חיתוך (O2, N2): 500-2000 ליטר/שעה | נניח משאבה בהספק של 20 קילוואט: שימוש בחשמל: 22-35 קילוואט מים: 10 ליטר/שעה שוחק: 36 ק"ג/שעה סילוק פסולת חיתוך |
דיוק התהליך
| נוֹשֵׂא | לייזר CO2 | חיתוך בסילון מים |
| גודל מינימלי של חריץ החיתוך | 0.006 אינץ', תלוי במהירות החיתוך | 0.02 אינץ' |
| מראה משטח החיתוך | משטח חיתוך יראה מבנה מקוטע | משטח החיתוך ייראה כאילו עבר התזת חול, בהתאם למהירות החיתוך |
| מידת חיתוך קצוות מקבילים לחלוטין | טוב; מדי פעם יוצגו קצוות חרוטיים | טוב; יש אפקט "זנבי" בעקומות במקרה של חומרים עבים יותר |
| סובלנות עיבוד | בערך 0.002 אינץ' | בערך 0.008 אינץ' |
| מידת הקיבוע בחיתוך | מתרחשת רק התכה חלקית | לא מתרחשת התכה |
| מאמץ תרמי של חומר | עיוות, התכה ושינויים מבניים עלולים להתרחש בחומר | לא מתרחש מאמץ תרמי |
| כוחות הפועלים על החומר בכיוון סילון גז או מים במהלך העיבוד | לחץ גז מהווה בעיות עם רזון חלקי עבודה, מרחק לא ניתן לתחזק | גבוה: חלקים דקים וקטנים ניתנים לעיבוד במידה מוגבלת בלבד |
שיקולי בטיחות וסביבת הפעלה
| נוֹשֵׂא | לייזר CO2 | חיתוך בסילון מים |
| בטיחות אישיתדרישות ציוד | משקפי בטיחות להגנה מפני לייזר אינם הכרחיים לחלוטין | יש צורך במשקפי מגן, מגני אוזניים והגנה מפני מגע עם סילון מים בלחץ גבוה. |
| ייצור עשן ואבק במהלך העיבוד | קורה; פלסטיק וכמה סגסוגות מתכת עלולים לייצר גזים רעילים | לא ישים לחיתוך בסילון מים |
| זיהום רעש וסכנה | נמוך מאוד | גבוה באופן חריג |
| דרישות ניקוי מכונות עקב בלגן בתהליך | ניקיון נמוך | ניקיון גבוה |
| קיצוץ הפסולת המיוצרת בתהליך | חיתוך פסולת הוא בעיקר בצורת אבק הדורש שאיבה וסינון בוואקום | כמויות גדולות של פסולת חיתוך נוצרות עקב ערבוב מים עם חומרי שוחקים |