Laserproduksjonsaktiviteter omfatter for tiden skjæring, sveising, varmebehandling, kledning, dampavsetning, gravering, rissing, trimming, gløding og støtherding. Laserproduksjonsprosesser konkurrerer både teknisk og økonomisk med konvensjonelle og ikke-konvensjonelle produksjonsprosesser som mekanisk og termisk maskinering, lysbuesveising, elektrokjemisk og elektrisk utladningsmaskinering (EDM), slipende vannstråleskjæring, plasmaskjæring og flammeskjæring.
Vannstråleskjæring er en prosess som brukes til å skjære materialer med en trykkvannstråle på opptil 60 000 pund per kvadrattomme (psi). Vannet blandes ofte med et slipemiddel som granat, noe som gjør at flere materialer kan skjæres rent med små toleranser, rettvinklet og med god kantfinish. Vannstråler kan skjære i mange industrielle materialer, inkludert rustfritt stål, Inconel, titan, aluminium, verktøystål, keramikk, granitt og panserplater. Denne prosessen genererer betydelig støy.
Tabellen som følger inneholder en sammenligning av metallskjæring ved bruk av CO2-laserskjæreprosessen og vannstråleskjæreprosessen i industriell materialbearbeiding.
§ Grunnleggende prosessforskjeller
§ Typiske prosessapplikasjoner og bruksområder
§ Innledende investering og gjennomsnittlige driftskostnader
§ Prosessens presisjon
§ Sikkerhetshensyn og driftsmiljø
Grunnleggende prosessforskjeller
| Tema | CO2-laser | Vannstråleskjæring |
| Metode for å formidle energi | Lys 10,6 m (lang infrarød rekkevidde) | Vann |
| Kilde til energi | Gasslaser | Høytrykkspumpe |
| Hvordan energi overføres | Stråle styrt av speil (flygende optikk); fiberoverføring ikke mulig for CO2-laser | Stive høytrykksslanger overfører energien |
| Hvordan kuttet materiale blir utstøtt | Gassstråle, pluss ekstra gass, driver ut materiale | En høytrykksvannstråle skyver ut avfallsmateriale |
| Avstand mellom dyse og materiale og maksimal tillatt toleranse | Omtrent 0,2″ 0,004″, avstandssensor, regulering og Z-akse nødvendig | Omtrent 0,12 tommer 0,04 tommer, avstandssensor, regulering og Z-akse nødvendig |
| Oppsett av fysisk maskin | Laserkilden er alltid plassert inne i maskinen | Arbeidsområdet og pumpen kan plasseres separat |
| Utvalg av bordstørrelser | 8′ x 4′ til 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ til 13′ x 6,5′ |
| Typisk stråleutgang ved arbeidsstykket | 1500 til 2600 watt | 4 til 17 kilowatt (4000 bar) |
Typiske prosessapplikasjoner og bruksområder
| Tema | CO2-laser | Vannstråleskjæring |
| Typiske prosessbruksområder | Skjæring, boring, gravering, ablasjon, strukturering, sveising | Skjæring, ablasjon, strukturering |
| 3D-materialeskjæring | Vanskelig på grunn av stiv stråleføring og regulering av avstand | Delvis mulig siden restenergi bak arbeidsstykket ødelegges |
| Materialer som kan kuttes med prosessen | Alle metaller (unntatt svært reflekterende metaller), all plast, glass og tre kan kuttes | Alle materialer kan kuttes med denne prosessen |
| Materialkombinasjoner | Materialer med forskjellige smeltepunkter kan knapt skjæres | Mulig, men det er fare for delaminering |
| Sandwichstrukturer med hulrom | Dette er ikke mulig med en CO2-laser | Begrenset evne |
| Skjære materialer med begrenset eller svekket tilgang | Sjelden mulig på grunn av liten avstand og det store laserskjærehodet | Begrenset på grunn av den lille avstanden mellom dysen og materialet |
| Egenskaper ved kuttet materiale som påvirker bearbeidingen | Materialets absorpsjonsegenskaper på 10,6 m | Materialhardhet er en nøkkelfaktor |
| Materialtykkelse der kutting eller bearbeiding er økonomisk | ~0,12″ til 0,4″ avhengig av materiale | ~0,4″ til 2,0″ |
| Vanlige bruksområder for denne prosessen | Skjæring av flat stålplate med middels tykkelse for bearbeiding av metallplater | Skjæring av stein, keramikk og metaller med større tykkelse |
Innledende investering og gjennomsnittlige driftskostnader
| Tema | CO2-laser | Vannstråleskjæring |
| Nødvendig innledende kapitalinvestering | 300 000 dollar med en 20 kW pumpe og et 6,5' x 4' bord | 300 000 dollar+ |
| Deler som vil slites ut | Beskyttende glass, gass dyser, pluss både støv- og partikkelfiltre | Vannstråledyse, fokuseringsdyse og alle høytrykkskomponenter som ventiler, slanger og tetninger |
| Gjennomsnittlig energiforbruk for komplett skjæresystem | Anta en 1500 watts CO2-laser: Elektrisk strømforbruk: 24–40 kW Lasergass (CO2, N2, He): 2–16 l/t Skjæregass (O2, N2): 500–2000 l/t | Anta en 20 kW pumpe: Elektrisk strømforbruk: 22–35 kW Vann: 10 l/t Slipemiddel: 36 kg/t Avhending av skjæreavfall |
Presisjon av prosessen
| Tema | CO2-laser | Vannstråleskjæring |
| Minimumsstørrelse på skjæreåpningen | 0,006 tommer, avhengig av skjærehastighet | 0,02″ |
| Utseende på kuttet overflate | Snittflaten vil vise en stripete struktur | Skjæreflaten vil se ut som om den er sandblåst, avhengig av skjærehastigheten. |
| Grad av kuttede kanter til helt parallelle | Bra; av og til vil det vise seg koniske kanter | Bra; det er en «halelignende» effekt i kurver når det gjelder tykkere materialer. |
| Behandlingstoleranse | Omtrent 0,002 tommer | Omtrent 0,008 tommer |
| Grad av grading på kuttet | Bare delvis avgrading forekommer | Ingen grating oppstår |
| Termisk spenning av materiale | Deformasjon, anløpning og strukturelle endringer kan forekomme i materialet | Ingen termisk stress oppstår |
| Krefter som virker på materialet i retning av gass- eller vannstråle under bearbeiding | Gasstrykket utgjør problemer med tynne arbeidsstykker, avstand kan ikke opprettholdes | Høy: tynne, små deler kan dermed bare bearbeides i begrenset grad |
Sikkerhetshensyn og driftsmiljø
| Tema | CO2-laser | Vannstråleskjæring |
| Personlig sikkerhetutstyrskrav | Laserbeskyttelsesbriller er ikke absolutt nødvendige | Vernebriller, hørselsvern og beskyttelse mot kontakt med høytrykksvannstråler er nødvendig. |
| Produksjon av røyk og støv under prosessering | Forekommer; plast og noen metalllegeringer kan produsere giftige gasser | Ikke egnet for vannstråleskjæring |
| Støyforurensning og fare | Svært lav | Uvanlig høy |
| Krav til maskinrengjøring på grunn av prosessrot | Lav opprydding | Høy opprydding |
| Kutt ned avfall produsert av prosessen | Avfallshåndtering skjer hovedsakelig i form av støv som krever støvsuging og filtrering. | Store mengder skjæreavfall oppstår på grunn av blanding av vann og slipemidler |