Activitățile de fabricație cu laser includ în prezent tăierea, sudarea, tratarea termică, placarea, depunerea în fază de vapori, gravarea, scrierea, tăierea, recoacerea și călirea prin șoc. Procesele de fabricație cu laser concurează atât din punct de vedere tehnic, cât și economic cu procesele de fabricație convenționale și neconvenționale, cum ar fi prelucrarea mecanică și termică, sudarea cu arc, prelucrarea electrochimică și prin descărcare electrică (EDM), tăierea cu jet de apă abraziv, tăierea cu plasmă și tăierea cu flacără.
Tăierea cu jet de apă este un proces utilizat pentru tăierea materialelor folosind un jet de apă sub presiune de până la 60.000 de livre pe inch pătrat (psi). Adesea, apa este amestecată cu un abraziv precum granatul, care permite tăierea curată a mai multor materiale, cu toleranțe strânse, perpendicular și cu un finisaj bun al marginii. Jeturile de apă sunt capabile să taie multe materiale industriale, inclusiv oțel inoxidabil, Inconel, titan, aluminiu, oțel pentru scule, ceramică, granit și plăci de blindaj. Acest proces generează un zgomot semnificativ.
Tabelul următor conține o comparație între tăierea metalelor folosind procesul de tăiere cu laser CO2 și procesul de tăiere cu jet de apă în prelucrarea industrială a materialelor.
§ Diferențe fundamentale de proces
§ Aplicații și utilizări tipice ale procesului
§ Investiția inițială și costurile medii de operare
§ Precizia procesului
§ Considerații de siguranță și mediul de operare
Diferențe fundamentale de proces
| Subiect | Laser cu CO2 | Tăiere cu jet de apă |
| Metodă de transmitere a energiei | Lumină 10,6 m (rază de acțiune în infraroșu îndepărtat) | Apă |
| Sursă de energie | Laser cu gaz | Pompă de înaltă presiune |
| Cum se transmite energia | Fascicul ghidat de oglinzi (optică zburătoare); transmisie prin fibră optică nu fezabil pentru laserul CO2 | Furtunurile rigide de înaltă presiune transmit energia |
| Cum este expulzat materialul tăiat | Jetul de gaz, plus gaz suplimentar, expulzează materialul | Un jet de apă de înaltă presiune elimină deșeurile |
| Distanța dintre duză și material și toleranța maximă admisă | Aproximativ 0,2″ 0,004″, senzor de distanță, reglare și axa Z necesare | Aproximativ 0,12″ 0,04″, senzor de distanță, reglare și axa Z necesare |
| Configurarea fizică a mașinii | Sursa laser este întotdeauna amplasată în interiorul mașinii | Zona de lucru și pompa pot fi amplasate separat |
| Gama de dimensiuni ale meselor | 8′ x 4′ până la 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ până la 13′ x 6,5′ |
| Putere tipică de ieșire a fasciculului la piesa de lucru | 1500 până la 2600 wați | 4 până la 17 kilowați (4000 bar) |
Aplicații și utilizări tipice ale procesului
| Subiect | Laser cu CO2 | Tăiere cu jet de apă |
| Utilizări tipice ale procesului | Tăiere, găurire, gravare, ablație, structurare, sudare | Tăiere, ablație, structurare |
| Tăierea 3D a materialelor | Dificil din cauza ghidării rigide a fasciculului și a reglării distanței | Parțial posibil, deoarece energia reziduală din spatele piesei de lucru este distrusă |
| Materiale care pot fi tăiate prin proces | Toate metalele (cu excepția metalelor cu reflexie ridicată), toate materialele plastice, sticla și lemnul pot fi tăiate | Toate materialele pot fi tăiate prin acest proces |
| Combinații de materiale | Materialele cu puncte de topire diferite pot fi tăiate cu greu | Posibil, dar există pericolul delaminării |
| Structuri sandwich cu cavități | Acest lucru nu este posibil cu un laser CO2. | Capacitate limitată |
| Tăierea materialelor cu acces limitat sau cu dificultăți | Rareori posibil din cauza distanței mici și a capului mare de tăiere cu laser | Limitat din cauza distanței mici dintre duză și material |
| Proprietățile materialului tăiat care influențează prelucrarea | Caracteristicile de absorbție ale materialului la 10,6 m | Duritatea materialului este un factor cheie |
| Grosimea materialului la care tăierea sau prelucrarea este economică | ~0,12″ până la 0,4″, în funcție de material | ~0,4″ până la 2,0″ |
| Aplicații comune pentru acest proces | Tăierea tablei plate de oțel de grosime medie pentru prelucrarea tablei metalice | Tăierea pietrei, ceramicii și metalelor de grosime mai mare |
Investiția inițială și costurile medii de operare
| Subiect | Laser cu CO2 | Tăiere cu jet de apă |
| Investiția inițială de capital necesară | 300.000 USD cu o pompă de 20 kW și o masă de 6,5′ x 4′ | Peste 300.000 USD |
| Piese care se vor uza | Sticlă de protecție, gaz duze, plus filtre de praf și de particule | Duză cu jet de apă, duză de focalizare și toate componentele de înaltă presiune, cum ar fi supape, furtunuri și garnituri |
| Consumul mediu de energie al sistemului complet de tăiere | Presupunem un laser CO2 de 1500 wați: Consumul de energie electrică: 24-40 kW Gaz laser (CO2, N2, He): 2-16 l/h Gaz de tăiere (O2, N2): 500-2000 l/h | Presupunem o pompă de 20 kW: Consumul de energie electrică: 22-35 kW Apă: 10 l/h Abraziv: 36 kg/h Eliminarea deșeurilor de tăiere |
Precizia procesului
| Subiect | Laser cu CO2 | Tăiere cu jet de apă |
| Dimensiunea minimă a fantei de tăiere | 0,006″, în funcție de viteza de tăiere | 0,02″ |
| Aspectul suprafeței tăiate | Suprafața tăiată va prezenta o structură striată | Suprafața tăiată va părea sablată, în funcție de viteza de tăiere |
| Gradul marginilor tăiate pentru a fi complet paralele | Bun; ocazional va prezenta margini conice | Bun; există un efect de „coadă” în curbe în cazul materialelor mai groase |
| Toleranță de procesare | Aproximativ 0,002″ | Aproximativ 0,008″ |
| Gradul de bavură pe tăietură | Se produce doar o bavurare parțială | Nu se produce bavurare |
| Stresul termic al materialului | Pot apărea deformări, reveniri și modificări structurale în material | Nu apare stres termic |
| Forțele care acționează asupra materialului în direcția jetului de gaz sau apă în timpul procesării | Poziții de presiune a gazului probleme cu subțirimea piese de lucru, distanță nu poate fi întreținut | Ridicat: piesele subțiri și mici pot fi astfel prelucrate doar într-o măsură limitată |
Considerații de siguranță și mediul de operare
| Subiect | Laser cu CO2 | Tăiere cu jet de apă |
| Siguranța personalăcerințe de echipament | Ochelarii de protecție cu protecție laser nu sunt absolut necesari | Sunt necesari ochelari de protecție, căști de protecție pentru urechi și protecție împotriva contactului cu jetul de apă de înaltă presiune. |
| Producerea de fum și praf în timpul procesării | Se întâmplă; materialele plastice și unele aliaje metalice pot produce gaze toxice | Nu se aplică pentru tăierea cu jet de apă |
| Poluarea fonică și pericolul | Foarte scăzut | Neobișnuit de mare |
| Cerințe de curățare a mașinilor din cauza dezordinii din proces | Curățare redusă | Curățenie ridicată |
| Reducerea deșeurilor produse de proces | Deșeurile provenite din tăiere sunt în principal sub formă de praf, necesitând aspirare și filtrare. | Cantități mari de deșeuri de tăiere apar din cauza amestecării apei cu abrazivi |