В настоящее время лазерное производство включает резку, сварку, термообработку, наплавку, осаждение из паровой фазы, гравировку, скрайбирование, обрезку, отжиг и ударную закалку. Лазерные технологии производства конкурируют как с технической, так и с экономической точки зрения с традиционными и нетрадиционными производственными процессами, такими как механическая и термическая обработка, дуговая сварка, электрохимическая и электроэрозионная обработка (ЭЭО), гидроабразивная резка, плазменная резка и газопламенная резка.
Гидроабразивная резка — это процесс резки материалов струей воды под давлением до 60 000 фунтов на квадратный дюйм (psi). Часто вода смешивается с абразивом, например, гранатом, что позволяет резать больше материалов с высокой точностью, точностью и качеством кромок. Гидроабразивная резка подходит для резки многих промышленных материалов, включая нержавеющую сталь, инконель, титан, алюминий, инструментальную сталь, керамику, гранит и бронелисты. Этот процесс создает значительный шум.
В представленной ниже таблице приведено сравнение резки металла с использованием CO2-лазера и гидроабразивной резки при промышленной обработке материалов.
§ Фундаментальные различия в процессах
§ Типичные области применения и использования процесса
§ Первоначальные инвестиции и средние эксплуатационные расходы
§ Точность процесса
§ Вопросы безопасности и условия эксплуатации
Фундаментальные различия в процессах
| Предмет | CO2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Метод передачи энергии | Свет 10,6 м (дальний инфракрасный диапазон) | Вода |
| Источник энергии | Газовый лазер | Насос высокого давления |
| Как передается энергия | Луч направляется зеркалами (летающая оптика); передача по волокну не возможно для CO2-лазера | Жесткие шланги высокого давления передают энергию |
| Как выбрасывается разрезанный материал | Газовая струя, плюс дополнительный газ вытесняют материал | Струя воды под высоким давлением выталкивает отходы |
| Расстояние между соплом и материалом и максимально допустимый допуск | Примерно 0,2″ 0,004″, необходим датчик расстояния, регулировка и ось Z | Примерно 0,12″ 0,04″, необходим датчик расстояния, регулировка и ось Z |
| Физическая настройка машины | Источник лазера всегда находится внутри машины | Рабочую зону и насос можно расположить отдельно. |
| Диапазон размеров столов | 8′ x 4′ до 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ до 13′ x 6,5′ |
| Типичный выход луча на заготовку | 1500–2600 Вт | от 4 до 17 киловатт (4000 бар) |
Типичные области применения и использования процесса
| Предмет | CO2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Типичные применения процесса | Резка, сверление, гравировка, абляция, структурирование, сварка | Резка, абляция, структурирование |
| 3D резка материалов | Сложно из-за жесткого наведения луча и регулирования расстояния | Частично возможно, поскольку остаточная энергия за заготовкой уничтожается |
| Материалы, которые можно резать данным процессом | Можно резать все металлы (за исключением металлов с высокой отражающей способностью), все виды пластика, стекло и дерево. | Все материалы можно резать этим процессом. |
| Комбинации материалов | Материалы с разными температурами плавления практически не поддаются резке. | Возможно, но есть опасность расслоения. |
| Сэндвич-конструкции с полостями | Это невозможно с CO2-лазером. | Ограниченные возможности |
| Резка материалов с ограниченным или затрудненным доступом | Редко возможно из-за небольшого расстояния и большой лазерной режущей головки. | Ограничено из-за небольшого расстояния между соплом и материалом |
| Свойства разрезаемого материала, влияющие на обработку | Характеристики поглощения материала на расстоянии 10,6 м | Твердость материала является ключевым фактором |
| Толщина материала, при которой резка или обработка экономичны | ~0,12″–0,4″ в зависимости от материала | ~ от 0,4″ до 2,0″ |
| Распространенные применения этого процесса | Резка плоского листового проката средней толщины для листовой металлообработки | Резка камня, керамики и металлов большой толщины |
Первоначальные инвестиции и средние эксплуатационные расходы
| Предмет | CO2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Требуются первоначальные капиталовложения | 300 000 долларов США с насосом мощностью 20 кВт и столом размером 6,5 x 4 фута | 300 000 долларов США+ |
| Детали, которые будут изнашиваться | Защитное стекло, газ насадки, а также фильтры пыли и частиц | Водоструйное сопло, фокусирующее сопло и все компоненты высокого давления, такие как клапаны, шланги и уплотнения |
| Среднее потребление энергии всей системой резки | Предположим, что мощность CO2-лазера составляет 1500 Вт: Потребление электроэнергии: 24-40 кВт Лазерный газ (CO2, N2, He): 2-16 л/ч Режущий газ (O2, N2): 500-2000 л/ч | Предположим, что мощность насоса составляет 20 кВт: Потребление электроэнергии: 22-35 кВт Вода: 10 л/ч Абразив: 36 кг/ч Утилизация отходов резки |
Точность процесса
| Предмет | CO2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Минимальный размер режущей щели | 0,006″, в зависимости от скорости резки | 0,02″ |
| Внешний вид поверхности среза | Поверхность разреза будет иметь бороздчатую структуру. | Поверхность среза будет выглядеть так, как будто ее обработали пескоструйным аппаратом, в зависимости от скорости резки. |
| Степень параллельности кромок среза | Хорошо; иногда могут проявляться конические края | Хорошо; в случае более толстых материалов наблюдается эффект «хвоста» на кривых. |
| Допуск обработки | Примерно 0,002″ | Примерно 0,008″ |
| Степень заусенцев на срезе | Происходит только частичное заусенец | Никаких заусенцев не происходит. |
| Тепловое напряжение материала | В материале могут происходить деформации, отпуск и структурные изменения. | Тепловое напряжение не возникает |
| Силы, действующие на материал в направлении струи газа или воды во время обработки | Позы давления газа проблемы с тонким заготовки, расстояние не может быть сохранен | Высокая: тонкие, мелкие детали могут быть обработаны только в ограниченной степени. |
Меры безопасности и условия эксплуатации
| Предмет | CO2-лазер | Гидроабразивная резка |
| Личная безопасностьтребования к оборудованию | Защитные очки от лазерного излучения не являются абсолютно необходимыми. | Необходимы защитные очки, средства защиты органов слуха и защита от контакта с струей воды под высоким давлением. |
| Образование дыма и пыли во время переработки | Происходит; пластик и некоторые металлические сплавы могут выделять токсичные газы | Не применимо для гидроабразивной резки. |
| Шумовое загрязнение и опасность | Очень низкий | Необычно высокий |
| Требования к очистке машин из-за беспорядка на производстве | Низкая очистка | Высокая очистка |
| Сокращение отходов, образующихся в процессе | Отходы резки в основном представляют собой пыль, требующую вакуумной аспирации и фильтрации. | Большое количество отходов резки возникает из-за смешивания воды с абразивами. |