Obecnie procesy produkcji laserowej obejmują cięcie, spawanie, obróbkę cieplną, napawanie, naparowywanie, grawerowanie, żłobienie, przycinanie, wyżarzanie i hartowanie szokowe. Procesy produkcji laserowej konkurują pod względem technicznym i ekonomicznym z konwencjonalnymi i niekonwencjonalnymi procesami produkcyjnymi, takimi jak obróbka mechaniczna i cieplna, spawanie łukowe, obróbka elektrochemiczna i elektroerozyjna (EDM), cięcie strumieniem wody ze ścierniwem, cięcie plazmowe i cięcie płomieniowe.
Cięcie strumieniem wody to proces cięcia materiałów za pomocą strumienia wody pod ciśnieniem sięgającym 60 000 funtów na cal kwadratowy (psi). Woda jest często mieszana z materiałem ściernym, takim jak granat, co umożliwia cięcie większej ilości materiałów z zachowaniem ścisłych tolerancji, prostopadle i z dobrą jakością krawędzi. Cięcie strumieniem wody umożliwia cięcie wielu materiałów przemysłowych, w tym stali nierdzewnej, Inconelu, tytanu, aluminium, stali narzędziowej, ceramiki, granitu i blachy pancernej. Proces ten generuje znaczny hałas.
Poniższa tabela zawiera porównanie cięcia metalu metodą laserową CO2 i cięcia strumieniem wody w przemysłowej obróbce materiałów.
§ Podstawowe różnice w procesach
§ Typowe zastosowania i zastosowania procesowe
§ Początkowe nakłady inwestycyjne i średnie koszty operacyjne
§ Precyzja procesu
§ Zagadnienia bezpieczeństwa i środowisko operacyjne
Podstawowe różnice w procesach
| Temat | Laser CO2 | Cięcie strumieniem wody |
| Metoda przekazywania energii | Światło 10,6 m (zasięg dalekiej podczerwieni) | Woda |
| Źródło energii | Laser gazowy | Pompa wysokociśnieniowa |
| Jak przekazywana jest energia | Wiązka prowadzona przez lustra (latająca optyka); transmisja światłowodowa nie wykonalne dla lasera CO2 | Sztywne węże wysokociśnieniowe przenoszą energię |
| Jak wydalany jest materiał cięty | Strumień gazu i dodatkowy gaz wyrzucają materiał | Wysokociśnieniowy strumień wody usuwa odpady |
| Odległość między dyszą a materiałem i maksymalna dopuszczalna tolerancja | Około 0,2″ 0,004″, niezbędny czujnik odległości, regulacja i oś Z | Około 0,12″ 0,04″, niezbędny czujnik odległości, regulacja i oś Z |
| Konfiguracja maszyny fizycznej | Źródło lasera zawsze znajduje się wewnątrz maszyny | Obszar roboczy i pompa mogą być zlokalizowane oddzielnie |
| Zakres rozmiarów stołów | 8′ x 4′ do 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ do 13′ x 6,5′ |
| Typowa moc wyjściowa wiązki na przedmiocie obrabianym | 1500 do 2600 watów | od 4 do 17 kilowatów (4000 barów) |
Typowe zastosowania i zastosowania procesowe
| Temat | Laser CO2 | Cięcie strumieniem wody |
| Typowe zastosowania procesu | Cięcie, wiercenie, grawerowanie, ablacja, strukturyzacja, spawanie | Cięcie, ablacja, strukturyzacja |
| Cięcie materiałów 3D | Utrudnione ze względu na sztywne prowadzenie belki i regulację odległości | Częściowo możliwe, ponieważ energia resztkowa za przedmiotem obrabianym ulega zniszczeniu |
| Materiały, które można ciąć w tym procesie | Można ciąć wszystkie metale (z wyjątkiem metali silnie odblaskowych), wszystkie tworzywa sztuczne, szkło i drewno | Wszystkie materiały można ciąć za pomocą tego procesu |
| Kombinacje materiałów | Materiały o różnych temperaturach topnienia są trudne do przecięcia | Możliwe, ale istnieje ryzyko rozwarstwienia |
| Konstrukcje warstwowe z wnękami | Nie jest to możliwe w przypadku lasera CO2 | Ograniczona zdolność |
| Cięcie materiałów o ograniczonym lub utrudnionym dostępie | Rzadko możliwe ze względu na małą odległość i dużą głowicę tnącą laserową | Ograniczone ze względu na małą odległość między dyszą a materiałem |
| Właściwości materiału ciętego, które wpływają na obróbkę | Charakterystyka absorpcji materiału w odległości 10,6 m | Twardość materiału jest kluczowym czynnikiem |
| Grubość materiału, przy której cięcie lub obróbka są ekonomiczne | ~0,12″ do 0,4″ w zależności od materiału | ~0,4″ do 2,0″ |
| Typowe zastosowania tego procesu | Cięcie blachy płaskiej o średniej grubości do obróbki blacharskiej | Cięcie kamienia, ceramiki i metali o większej grubości |
Początkowe koszty inwestycyjne i średnie koszty operacyjne
| Temat | Laser CO2 | Cięcie strumieniem wody |
| Wymagana początkowa inwestycja kapitałowa | 300 000 dolarów z pompą o mocy 20 kW i stołem o wymiarach 6,5′ x 4′ | ponad 300 000 dolarów |
| Części, które się zużywają | Szkło ochronne, gazowe dysze, a także filtry przeciwpyłowe i cząsteczkowe | Dysza strumieniowa wodna, dysza skupiająca i wszystkie elementy wysokociśnieniowe, takie jak zawory, węże i uszczelki |
| Średnie zużycie energii przez cały system tnący | Załóżmy, że mamy laser CO2 o mocy 1500 W: Zużycie energii elektrycznej: 24-40 kW Gaz laserowy (CO2, N2, He): 2-16 l/godz. Gaz tnący (O2, N2): 500-2000 l/godz. | Załóżmy, że mamy pompę o mocy 20 kW: Zużycie energii elektrycznej: 22-35 kW Woda: 10 l/h Materiał ścierny: 36 kg/h Utylizacja odpadów po cięciu |
Precyzja procesu
| Temat | Laser CO2 | Cięcie strumieniem wody |
| Minimalny rozmiar szczeliny tnącej | 0,006″, w zależności od prędkości cięcia | 0,02″ |
| Wygląd powierzchni cięcia | Powierzchnia cięcia będzie wykazywać strukturę prążkowaną | W zależności od prędkości cięcia powierzchnia cięcia będzie wyglądać, jakby została poddana piaskowaniu |
| Stopień całkowitego równoległego ustawienia krawędzi cięcia | Dobry; czasami wykazuje stożkowate krawędzie | Dobrze; w przypadku grubszych materiałów na krzywych występuje efekt „ogonowy” |
| Tolerancja przetwarzania | Około 0,002″ | Około 0,008″ |
| Stopień zadziorności na cięciu | Występuje tylko częściowe zadziorowanie | Nie występuje zadziorność |
| Naprężenie cieplne materiału | W materiale mogą wystąpić odkształcenia, odpuszczanie i zmiany strukturalne | Nie występuje naprężenie cieplne |
| Siły działające na materiał w kierunku strumienia gazu lub wody podczas przetwarzania | Pozy ciśnienia gazu problemy z szczupłością przedmioty obrabiane, odległość nie można utrzymać | Wysoki: cienkie, małe części można zatem przetwarzać tylko w ograniczonym stopniu |
Zagadnienia bezpieczeństwa i środowisko pracy
| Temat | Laser CO2 | Cięcie strumieniem wody |
| Bezpieczeństwo osobistewymagania sprzętowe | Okulary ochronne chroniące przed laserem nie są absolutnie konieczne | Konieczne jest stosowanie okularów ochronnych, ochronników słuchu i środków ochrony przed kontaktem ze strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem |
| Powstawanie dymu i pyłu podczas przetwarzania | Zdarza się; tworzywa sztuczne i niektóre stopy metali mogą wytwarzać toksyczne gazy | Nie nadaje się do cięcia strumieniem wody |
| Zanieczyszczenie hałasem i niebezpieczeństwo | Bardzo niski | Niezwykle wysoki |
| Wymagania dotyczące czyszczenia maszyn ze względu na bałagan w procesie | Niskie czyszczenie | Wysokie sprzątanie |
| Ograniczanie ilości odpadów wytwarzanych w procesie | Odpady powstające podczas cięcia występują głównie w postaci pyłu, który wymaga odsysania i filtrowania | W wyniku mieszania wody z materiałami ściernymi powstają duże ilości odpadów po cięciu |