Laserbewerking omvat momenteel onder andere snijden, lassen, warmtebehandeling, bekleden, dampafzetting, graveren, markeren, trimmen, gloeien en schokharding. Laserbewerkingsprocessen concurreren zowel technisch als economisch met conventionele en niet-conventionele bewerkingsprocessen zoals mechanische en thermische bewerking, booglassen, elektrochemische bewerking, elektro-erosie (EDM), schurend waterstraalsnijden, plasmasnijden en autogeen snijden.
Waterstraalsnijden is een proces waarbij materialen worden gesneden met een straal water onder hoge druk, tot wel 60.000 pond per vierkante inch (psi). Vaak wordt het water gemengd met een schuurmiddel zoals granaat, waardoor meer materialen nauwkeurig en met kleine toleranties kunnen worden gesneden, haaks en met een goede randafwerking. Waterstralen zijn geschikt voor het snijden van veel industriële materialen, waaronder roestvrij staal, Inconel, titanium, aluminium, gereedschapsstaal, keramiek, graniet en pantserplaten. Dit proces produceert aanzienlijk veel lawaai.
De onderstaande tabel bevat een vergelijking van metaalsnijden met behulp van het CO2-laserproces en het waterstraalsnijproces in de industriële materiaalverwerking.
§ Fundamentele procesverschillen
§ Typische procesapplicaties en -gebruik
§ Initiële investering en gemiddelde bedrijfskosten
§ Nauwkeurigheid van het proces
§ Veiligheidsaspecten en werkomgeving
Fundamentele procesverschillen
| Onderwerp | CO2-laser | Waterstraalsnijden |
| Methode om energie over te dragen | Licht 10,6 m (ver infraroodbereik) | Water |
| energiebron | Gaslaser | Hogedrukpomp |
| Hoe energie wordt overgedragen | De lichtbundel wordt geleid door spiegels (vliegende optica); transmissie via vezels is niet mogelijk. haalbaar voor CO2-laser | Stijve hogedrukslangen transporteren de energie. |
| Hoe het snijmateriaal wordt afgevoerd | Gasstraal, plus extra gas, stoot materiaal uit. | Een hogedrukwaterstraal voert het afvalmateriaal af. |
| Afstand tussen spuitmond en materiaal en maximale toelaatbare tolerantie | Ongeveer 0,2″ 0,004″, afstandssensor, regeling en Z-as noodzakelijk | Ongeveer 0,12″ 0,04″, afstandssensor, regeling en Z-as noodzakelijk |
| Fysieke machine-instelling | De laserbron bevindt zich altijd in de machine. | Het werkgebied en de pomp kunnen afzonderlijk worden geplaatst. |
| Diverse tafelformaten | 8′ x 4′ tot 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ tot 13′ x 6,5′ |
| Typische straaloutput bij het werkstuk | 1500 tot 2600 Watt | 4 tot 17 kilowatt (4000 bar) |
Typische procesapplicaties en -gebruik
| Onderwerp | CO2-laser | Waterstraalsnijden |
| Typische procestoepassingen | Snijden, boren, graveren, ablatie, structureren, lassen | Snijden, ablatie, structurering |
| 3D-materiaalsnijden | Moeilijk vanwege de starre straalgeleiding en de regulering van de afstand. | Gedeeltelijk mogelijk, aangezien de resterende energie achter het werkstuk wordt vernietigd. |
| Materialen die door dit proces gesneden kunnen worden. | Alle metalen (met uitzondering van sterk reflecterende metalen), alle kunststoffen, glas en hout kunnen worden gezaagd. | Alle materialen kunnen met dit proces worden gesneden. |
| Materiaalcombinaties | Materialen met verschillende smeltpunten zijn nauwelijks te snijden. | Mogelijk, maar er bestaat een risico op delaminatie. |
| Sandwichconstructies met holtes | Dit is niet mogelijk met een CO2-laser. | Beperkt vermogen |
| Snijmaterialen met beperkte of belemmerde toegang | Zelden mogelijk vanwege de kleine afstand en de grote laserkop. | Beperkt vanwege de kleine afstand tussen het mondstuk en het materiaal. |
| Eigenschappen van het te snijden materiaal die de verwerking beïnvloeden | Absorptiekarakteristieken van het materiaal op 10,6 m | De hardheid van het materiaal is een belangrijke factor. |
| Bij welke materiaaldikte het snijden of bewerken economisch rendabel is | ~0,12″ tot 0,4″ afhankelijk van het materiaal | ~0,4″ tot 2,0″ |
| Veelvoorkomende toepassingen voor dit proces | Het snijden van vlakke staalplaten van gemiddelde dikte voor plaatbewerking. | Het snijden van steen, keramiek en metalen met een grotere dikte. |
Initiële investering en gemiddelde operationele kosten
| Onderwerp | CO2-laser | Waterstraalsnijden |
| Vereiste initiële kapitaalinvestering | $300.000 met een pomp van 20 kW en een tafel van 6,5 x 4 voet. | $300.000+ |
| Onderdelen die zullen slijten | Beschermend glas, gas sproeiers, plus zowel stof- als deeltjesfilters | Waterstraalmondstuk, focusmondstuk en alle hogedrukcomponenten zoals kleppen, slangen en afdichtingen. |
| Gemiddeld energieverbruik van het complete snijsysteem | Stel dat het om een CO2-laser van 1500 watt gaat: Elektriciteitsverbruik: 24-40 kW Lasergas (CO2, N2, He): 2-16 l/u Snijgas (O2, N2): 500-2000 l/u | Stel dat de pomp 20 kW is: Elektriciteitsverbruik: 22-35 kW Water: 10 l/u Schuurmiddel: 36 kg/u Afvoer van snijafval |
Nauwkeurigheid van het proces
| Onderwerp | CO2-laser | Waterstraalsnijden |
| Minimale afmeting van de snijspleet | 0,006 inch, afhankelijk van de snijsnelheid. | 0,02″ |
| Uiterlijk van het snijvlak | Het snijvlak zal een gestreepte structuur vertonen. | Afhankelijk van de snijsnelheid zal het snijoppervlak eruitzien alsof het gezandstraald is. |
| De mate waarin de snijkanten volledig parallel zijn | Goed; vertoont af en toe kegelvormige randen. | Goed; er is een "staartvormig" effect in krommingen bij dikkere materialen. |
| Verwerkingstolerantie | Ongeveer 0,002 inch | Ongeveer 0,008 inch |
| Mate van braamvorming op de snede | Er treedt slechts gedeeltelijke braamvorming op. | Er treedt geen braamvorming op. |
| Thermische spanning van het materiaal | Vervorming, temperen en structurele veranderingen kunnen in het materiaal optreden. | Er treedt geen thermische spanning op. |
| Krachten die tijdens de verwerking inwerken op het materiaal in de richting van de gas- of waterstraal. | Gasdruk vormt problemen met dunne werkstukken, afstand kan niet worden onderhouden | Hoog: dunne, kleine onderdelen kunnen daardoor slechts in beperkte mate worden bewerkt. |
Veiligheidsaspecten en werkomgeving
| Onderwerp | CO2-laser | Waterstraalsnijden |
| Persoonlijke veiligheidapparatuurvereisten | Een laserbeschermingsbril is niet absoluut noodzakelijk. | Een veiligheidsbril, gehoorbescherming en bescherming tegen contact met een hogedrukwaterstraal zijn vereist. |
| Rook- en stofvorming tijdens de verwerking | Het komt inderdaad voor; kunststoffen en sommige metaallegeringen kunnen giftige gassen produceren. | Niet geschikt voor waterstraalsnijden |
| Geluidsoverlast en gevaar | Zeer laag | Ongebruikelijk hoog |
| Reinigingseisen voor de machine vanwege procesvervuiling | Weinig schoonmaak nodig | Grondige reiniging |
| Het snijden van afval dat tijdens dit proces ontstaat. | Snijafval bestaat voornamelijk uit stof, dat moet worden afgezogen en gefilterd. | Door het mengen van water met schuurmiddelen ontstaat een grote hoeveelheid snijafval. |