В настоящее время лазерная обработка включает в себя резку, сварку, термообработку, наплавку, осаждение из паровой фазы, гравировку, разметку, обрезку, отжиг и ударную закалку. Лазерные производственные процессы конкурируют как технически, так и экономически с традиционными и нетрадиционными производственными процессами, такими как механическая и термическая обработка, дуговая сварка, электрохимическая обработка и электроэрозионная обработка (ЭЭО), абразивная гидроабразивная резка, плазменная резка и газовая резка.
Гидроабразивная резка — это процесс резки материалов с помощью струи воды под давлением до 60 000 фунтов на квадратный дюйм (psi). Часто вода смешивается с абразивом, например, гранатом, что позволяет получать более чистые и аккуратные разрезы с высокой точностью, ровной поверхностью и качественной обработкой кромок. Гидроабразивные станки способны резать многие промышленные материалы, включая нержавеющую сталь, инконель, титан, алюминий, инструментальную сталь, керамику, гранит и бронеплиты. Этот процесс сопровождается значительным уровнем шума.
В приведенной ниже таблице представлено сравнение методов резки металла с использованием CO2-лазера и гидроабразивной резки в промышленной обработке материалов.
§ Фундаментальные различия в процессе
§ Типичные области применения и использования в технологических процессах
§ Первоначальные инвестиции и средние эксплуатационные расходы
§ Точность процесса
§ Вопросы безопасности и условия эксплуатации
Фундаментальные различия в процессе
| Предмет | CO2-лазер | гидроабразивная резка |
| Метод передачи энергии | Световой луч 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 осуществляется. осуществимо для CO2-лазера | Жесткие шланги высокого давления передают энергию. |
| Как удаляется срезанный материал | Газовая струя, плюс дополнительный газ, выталкивает материал. | Струя воды под высоким давлением удаляет отходы. |
| Расстояние между соплом и материалом и максимально допустимый допуск | Для установки необходимы датчик расстояния, регулировка и ось Z, приблизительно 0,2″ 0,004″. | Примерно 0,12″ 0,04″, необходимы датчик расстояния, регулировка и ось Z. |
| Физическая настройка оборудования | Источник лазерного излучения всегда находится внутри машины. | Рабочая зона и насос могут располагаться отдельно. |
| Диапазон размеров столов | от 8′ x 4′ до 20′ x 6,5′ | от 8′ x 4′ до 13′ x 6,5′ |
| Типичный луч излучения на обрабатываемой детали. | от 1500 до 2600 Вт | От 4 до 17 киловатт (4000 бар) |
Типичные области применения и использования в технологических процессах
| Предмет | CO2-лазер | гидроабразивная резка |
| Типичные варианты использования в процессе | Резка, сверление, гравировка, абляция, структурирование, сварка. | Резка, абляция, структурирование |
| 3D-резка материалов | Сложности обусловлены жесткой направляющей балки и регулированием расстояния. | Частично возможно, поскольку остаточная энергия за заготовкой уничтожается. |
| Материалы, пригодные для резки в данном процессе. | Можно резать все металлы (за исключением металлов с высокой отражательной способностью), все виды пластика, стекло и дерево. | С помощью этого процесса можно резать любые материалы. |
| Сочетания материалов | Материалы с разными температурами плавления практически невозможно разрезать. | Возможно, но существует опасность расслоения. |
| Сэндвич-структуры с полостями | Это невозможно с CO2-лазером. | Ограниченные возможности |
| Резка материалов с ограниченным или затрудненным доступом. | Это крайне сложно из-за небольшого расстояния и большой лазерной режущей головки. | Ограничения обусловлены малым расстоянием между соплом и обрабатываемым материалом. |
| Свойства разрезаемого материала, влияющие на обработку. | Характеристики поглощения материала на глубине 10,6 м | Твердость материала является ключевым фактором. |
| Толщина материала, при которой резка или обработка экономически целесообразны. | ~0,12″ до 0,4″ в зависимости от материала | ~0,4″ - 2,0″ |
| Типичные области применения этого процесса | Резка листовой стали средней толщины для обработки листового металла. | Резка камня, керамики и металлов большой толщины. |
Первоначальные инвестиции и средние эксплуатационные расходы
| Предмет | CO2-лазер | гидроабразивная резка |
| Необходимы первоначальные капиталовложения. | 300 000 долларов, включая насос мощностью 20 кВт и стол размером 6,5′ x 4′. | Более 300 000 долларов |
| Детали, которые изнашиваются | Защитное стекло, газ форсунки, а также пылевые и противопылевые фильтры. | Водоструйные сопла, фокусирующие сопла и все компоненты, работающие под высоким давлением, такие как клапаны, шланги и уплотнения. |
| Среднее энергопотребление всей системы резки | Предположим, у вас CO2-лазер мощностью 1500 Вт: Потребление электроэнергии: 24-40 кВт Лазерный газ (CO2, N2, He): 2-16 л/ч Сжигающий газ (O2, N2): 500-2000 л/ч | Предположим, что насос имеет мощность 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 срезанной поверхности | На срезе будет видна полосатая структура. | В зависимости от скорости резки, поверхность после резки будет выглядеть так, будто она была обработана пескоструйным аппаратом. |
| Степень параллельности срезов | Хорошо; иногда будут наблюдаться конические края. | Хорошо; в случае более толстых материалов наблюдается эффект «хвоста» на кривых. |
| Допуск обработки | Примерно 0,002 дюйма | Примерно 0,008 дюйма |
| Степень образования заусенцев на срезе | Происходит лишь частичное заусенство. | Образование заусенцев не происходит. |
| Термическое напряжение материала | В материале могут происходить деформация, закалка и структурные изменения. | Термические напряжения отсутствуют. |
| Силы, действующие на материал в направлении струи газа или воды во время обработки. | Давление газа создает проблемы с тонким заготовки, расстояние невозможно поддерживать | Высокая степень детализации: тонкие, мелкие детали, таким образом, могут быть обработаны лишь в ограниченной степени. |
Вопросы безопасности и условия эксплуатации
| Предмет | CO2-лазер | гидроабразивная резка |
| Личная безопасностьтребования к оборудованию | Защитные очки для работы с лазером не являются абсолютно необходимыми. | Необходимы защитные очки, средства защиты органов слуха и защита от контакта со струей воды под высоким давлением. |
| Образование дыма и пыли в процессе обработки. | Такое действительно происходит; пластмассы и некоторые металлические сплавы могут выделять токсичные газы. | Не применимо для гидроабразивной резки |
| Шумовое загрязнение и опасность | Очень низкий | Необычно высокий |
| Требования к очистке оборудования из-за технологического загрязнения | Низкий уровень очистки | Высокая степень очистки |
| Сокращение отходов, образующихся в процессе производства. | Отходы при резке в основном представляют собой пыль, требующую вакуумной откачки и фильтрации. | Большое количество отходов при резке образуется из-за смешивания воды с абразивными материалами. |