현재 레이저 제조 활동에는 절단, 용접, 열처리, 클래딩, 증착, 조각, 스크라이빙, 트리밍, 어닐링 및 충격 경화가 포함됩니다. 레이저 제조 공정은 기계 가공 및 열 가공, 아크 용접, 전기화학 가공 및 방전 가공(EDM), 연마수 분사 절단, 플라즈마 절단 및 화염 절단과 같은 기존 및 비기존 제조 공정과 기술적, 경제적으로 경쟁하고 있습니다.
워터젯 절단은 최대 60,000psi(제곱인치당 파운드)의 고압수를 분사하여 재료를 절단하는 공정입니다. 종종 물에 가넷과 같은 연마재를 혼합하여 더욱 다양한 재료를 정밀하고 반듯하게, 그리고 우수한 모서리 마감으로 절단할 수 있습니다. 워터젯은 스테인리스강, 인코넬, 티타늄, 알루미늄, 공구강, 세라믹, 화강암, 장갑판 등 다양한 산업용 재료를 절단할 수 있습니다. 다만, 이 공정은 상당한 소음을 발생시킵니다.
다음 표는 산업 재료 가공에서 CO2 레이저 절단 공정과 워터젯 절단 공정을 이용한 금속 절단을 비교한 것입니다.
§ 근본적인 프로세스 차이점
§ 일반적인 공정 적용 사례 및 용도
§ 초기 투자 및 평균 운영 비용
§ 공정의 정밀도
§ 안전 고려 사항 및 운영 환경
근본적인 프로세스 차이점
| 주제 | CO2 레이저 | 워터젯 절단 |
| 에너지를 전달하는 방법 | 빛 10.6m (원적외선 영역) | 물 |
| 에너지원 | 가스 레이저 | 고압 펌프 |
| 에너지는 어떻게 전달되는가? | 거울로 유도되는 빔(비행 광학 장치); 광섬유 전송 방식 아님 CO2 레이저에 적용 가능 | 견고한 고압 호스가 에너지를 전달합니다. |
| 절단된 재료가 배출되는 방식 | 가스 분사 및 추가 가스가 물질을 배출합니다. | 고압의 물줄기가 폐기물을 배출합니다. |
| 노즐과 재료 사이의 거리 및 최대 허용 오차 | 약 0.2인치 ± 0.004인치, 거리 센서, 조절 장치 및 Z축 필요 | 약 0.12인치 x 0.04인치, 거리 센서, 조절 장치 및 Z축 필요 |
| 물리적 기기 설정 | 레이저 소스는 항상 기계 내부에 위치합니다. | 작업 공간과 펌프는 분리된 위치에 설치할 수 있습니다. |
| 테이블 크기 범위 | 8피트 x 4피트 ~ 20피트 x 6.5피트 | 8피트 x 4피트 ~ 13피트 x 6.5피트 |
| 공작물에서의 일반적인 빔 출력 | 1500~2600와트 | 4~17킬로와트(4000바) |
일반적인 공정 적용 및 용도
| 주제 | CO2 레이저 | 워터젯 절단 |
| 일반적인 프로세스 사용 | 절단, 드릴링, 조각, 삭감, 구조화, 용접 | 절단, 절제, 구조화 |
| 3D 소재 절단 | 엄격한 빔 유도 및 거리 조절로 인해 어려움이 있습니다. | 공작물 뒤쪽의 잔류 에너지가 소멸되므로 부분적으로 가능합니다. |
| 해당 공정으로 절단 가능한 재료 | 반사율이 높은 금속을 제외한 모든 금속, 모든 플라스틱, 유리 및 목재를 절단할 수 있습니다. | 이 공정을 이용하면 모든 재료를 절단할 수 있습니다. |
| 재료 조합 | 녹는점이 다른 재료는 절단하기가 매우 어렵습니다. | 가능하지만 박리될 위험이 있습니다. |
| 빈 공간이 있는 샌드위치 구조 | 이산화탄소 레이저로는 이것이 불가능합니다. | 제한된 능력 |
| 접근이 제한적이거나 손상된 재료 절단 | 거리가 가깝고 레이저 절단 헤드가 크기 때문에 거의 불가능합니다. | 노즐과 재료 사이의 거리가 짧아서 제한적입니다. |
| 절단 재료의 특성 중 가공에 영향을 미치는 요소 | 10.6m 거리에서의 재료 흡수 특성 | 재료의 경도는 핵심 요소입니다. |
| 절단 또는 가공이 경제적인 재료 두께 | 재질에 따라 약 0.12인치에서 0.4인치 정도입니다. | 약 0.4인치에서 2.0인치 |
| 이 프로세스의 일반적인 적용 분야 | 판금 가공을 위한 중간 두께의 평판 강판 절단 | 두꺼운 석재, 도자기 및 금속 절단 |
초기 투자 비용 및 평균 운영 비용
| 주제 | CO2 레이저 | 워터젯 절단 |
| 초기 자본 투자 필요 | 20kW 펌프와 6.5피트 x 4피트 크기의 테이블을 포함하여 30만 달러입니다. | 30만 달러 이상 |
| 마모될 부품 | 보호 유리, 가스 노즐과 먼지 필터 및 미립자 필터 모두 포함 | 워터젯 노즐, 포커싱 노즐 및 밸브, 호스, 씰과 같은 모든 고압 부품 |
| 전체 절단 시스템의 평균 에너지 소비량 | 1500와트 CO2 레이저를 가정해 보겠습니다. 전력 사용량: 24-40kW 레이저 가스(CO2, N2, He): 2-16 l/h 절삭 가스(O2, N2): 500-2000 리터/시간 | 20kW 펌프를 가정해 보겠습니다. 전력 사용량: 22-35kW 물: 10리터/시간 연마재: 36kg/h 절단 폐기물 처리 |
공정의 정밀도
| 주제 | CO2 레이저 | 워터젯 절단 |
| 절단 슬릿의 최소 크기 | 절삭 속도에 따라 0.006인치 | 0.02인치 |
| 절단면의 모습 | 절단면에는 줄무늬 구조가 나타납니다. | 절단 속도에 따라 절단면은 마치 모래 분사 처리된 것처럼 보일 수 있습니다. |
| 절단면이 완전히 평행한 정도 | 양호함; 간혹 원뿔형 모서리가 나타날 수 있음 | 좋습니다. 두꺼운 재료의 경우 곡선에 "꼬리" 효과가 나타납니다. |
| 가공 허용 오차 | 약 0.002인치 | 약 0.008인치 |
| 절단면의 버(burr) 발생 정도 | 부분적인 버링만 발생합니다. | 버링 현상이 발생하지 않습니다. |
| 재료의 열응력 | 재료에 변형, 열처리 및 구조적 변화가 발생할 수 있습니다. | 열응력이 발생하지 않습니다. |
| 가공 중 가스 또는 물 분사 방향으로 재료에 작용하는 힘 | 가스 압력은 다음과 같은 문제를 야기합니다. 얇은 것과 관련된 문제점 공작물, 거리 유지될 수 없습니다 | 높음: 얇고 작은 부품은 가공 범위가 제한적입니다. |
안전 고려 사항 및 운영 환경
| 주제 | CO2 레이저 | 워터젯 절단 |
| 개인 안전장비 요구 사항 | 레이저 보호 안전 안경은 반드시 필요한 것은 아닙니다. | 보호용 안전 고글, 귀 보호구, 고압 물줄기와의 접촉 방지 장비가 필요합니다. |
| 가공 과정 중 연기 및 먼지 발생 | 실제로 발생합니다. 플라스틱과 일부 금속 합금은 유독 가스를 생성할 수 있습니다. | 워터젯 절단에는 적용할 수 없습니다. |
| 소음공해와 위험 | 매우 낮음 | 이례적으로 높음 |
| 공정 오염으로 인한 기계 청소 요구 사항 | 청소가 간편합니다 | 고도 청소 |
| 공정에서 발생하는 폐기물 줄이기 | 절단 폐기물은 주로 먼지 형태이므로 진공 흡입 및 필터링이 필요합니다. | 연마재에 물을 섞으면 절삭 폐기물이 대량으로 발생합니다. |