Laserová výroba v súčasnosti zahŕňa rezanie, zváranie, tepelné spracovanie, plátovanie, nanášanie pár, gravírovanie, rytie, orezávanie, žíhanie a rázové kalenie. Laserové výrobné procesy konkurujú technicky aj ekonomicky konvenčným aj nekonvenčným výrobným procesom, ako je mechanické a tepelné obrábanie, oblúkové zváranie, elektrochemické a elektroerozívne obrábanie (EDM), rezanie abrazívnym vodným lúčom, plazmové rezanie a rezanie plameňom.
Rezanie vodným lúčom je proces používaný na rezanie materiálov pomocou prúdu tlakovej vody s tlakom až 60 000 libier na štvorcový palec (psi). Voda sa často zmieša s abrazívom, ako je granát, ktorý umožňuje čisté rezanie väčšieho množstva materiálov s úzkymi toleranciami, rovnomerne a s dobrou úpravou hrán. Vodné lúče sú schopné rezať mnoho priemyselných materiálov vrátane nehrdzavejúcej ocele, Inconelu, titánu, hliníka, nástrojovej ocele, keramiky, žuly a pancierových plechov. Tento proces generuje značný hluk.
Nasledujúca tabuľka obsahuje porovnanie rezania kovov pomocou procesu rezania CO2 laserom a rezania vodným lúčom pri priemyselnom spracovaní materiálov.
§ Základné rozdiely v procesoch
§ Typické aplikácie a použitia procesov
§ Počiatočné investície a priemerné prevádzkové náklady
§ Presnosť procesu
§ Bezpečnostné aspekty a prevádzkové prostredie
Základné rozdiely v procesoch
| Predmet | CO2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Metóda odovzdávania energie | Dosah svetla 10,6 m (ďaleký infračervený dosah) | Voda |
| Zdroj energie | Plynový laser | Vysokotlakové čerpadlo |
| Ako sa prenáša energia | Lúč vedený zrkadlami (lietajúca optika); prenos optickými vláknami nie vhodné pre CO2 laser | Pevné vysokotlakové hadice prenášajú energiu |
| Ako sa vyhadzuje narezaný materiál | Plynový prúd a ďalší plyn vytláčajú materiál | Vysokotlakový prúd vody vytláča odpadový materiál |
| Vzdialenosť medzi tryskou a materiálom a maximálna povolená tolerancia | Približne 0,2″ 0,004″, snímač vzdialenosti, regulácia a os Z sú potrebné | Približne 0,12″ 0,04″, snímač vzdialenosti, regulácia a os Z sú potrebné |
| Fyzické nastavenie stroja | Laserový zdroj je vždy umiestnený vo vnútri stroja | Pracovný priestor a čerpadlo môžu byť umiestnené samostatne |
| Rozsah veľkostí stolov | 2,4 m x 1,2 m až 6,1 m x 1,8 m | 2,4 m x 1,2 m až 3,3 m x 1,8 m |
| Typický výstup lúča na obrobku | 1500 až 2600 wattov | 4 až 17 kilowattov (4000 barov) |
Typické procesné aplikácie a použitia
| Predmet | CO2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Typické použitie procesov | Rezanie, vŕtanie, gravírovanie, ablácia, štruktúrovanie, zváranie | Rezanie, ablácia, štruktúrovanie |
| 3D rezanie materiálu | Náročné kvôli pevnému vedeniu lúča a regulácii vzdialenosti | Čiastočne možné, pretože zvyšková energia za obrobkom je zničená |
| Materiály, ktoré je možné týmto procesom rezať | Všetky kovy (okrem vysoko reflexných kovov), všetky plasty, sklo a drevo je možné rezať | Týmto procesom je možné rezať všetky materiály |
| Materiálové kombinácie | Materiály s rôznymi bodmi topenia sa dajú sotva rezať | Možné, ale existuje nebezpečenstvo delaminácie |
| Sendvičové konštrukcie s dutinami | S CO2 laserom to nie je možné. | Obmedzené schopnosti |
| Rezanie materiálov s obmedzeným alebo sťaženým prístupom | Zriedkakedy možné kvôli malej vzdialenosti a veľkej laserovej rezacej hlave | Obmedzené kvôli malej vzdialenosti medzi tryskou a materiálom |
| Vlastnosti rezaného materiálu, ktoré ovplyvňujú spracovanie | Absorpčné vlastnosti materiálu vo výške 10,6 m | Tvrdosť materiálu je kľúčovým faktorom |
| Hrúbka materiálu, pri ktorej je rezanie alebo spracovanie ekonomické | ~0,12″ až 0,4″ v závislosti od materiálu | ~0,4″ až 2,0″ |
| Bežné aplikácie pre tento proces | Rezanie plochého oceľového plechu strednej hrúbky na spracovanie plechov | Rezanie kameňa, keramiky a kovov väčšej hrúbky |
Počiatočná investícia a priemerné prevádzkové náklady
| Predmet | CO2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Požadovaná počiatočná kapitálová investícia | 300 000 dolárov s 20 kW čerpadlom a stolom s rozmermi 6,5′ x 4′ | 300 000 dolárov a viac |
| Časti, ktoré sa opotrebujú | Ochranné sklo, plynové trysky a filtre na prach aj častice | Tryska s vodným lúčom, zaostrovacia tryska a všetky vysokotlakové komponenty, ako sú ventily, hadice a tesnenia |
| Priemerná spotreba energie celého rezacieho systému | Predpokladajme 1500-wattový CO2laser: Spotreba elektrickej energie: 24 – 40 kW Laserový plyn (CO2, N2, He): 2 – 16 l/h Rezací plyn (O2, N2): 500 – 2 000 l/h | Predpokladajme čerpadlo s výkonom 20 kW: Spotreba elektrickej energie: 22 – 35 kW Voda: 10 l/h Abrazívne: 36 kg/h Likvidácia rezného odpadu |
Presnosť procesu
| Predmet | CO2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Minimálna veľkosť reznej štrbiny | 0,006″, v závislosti od rýchlosti rezania | 0,02″ |
| Vzhľad rezaného povrchu | Rezný povrch bude mať ryhovanú štruktúru | Rezaný povrch bude vyzerať, akoby bol pieskovaný, v závislosti od rýchlosti rezania |
| Stupeň rezaných hrán až po úplnú rovnobežnosť | Dobré; občas sa objavia kužeľovité hrany | Dobré; v prípade hrubších materiálov sa v krivkách vyskytuje „chvostovitý“ efekt |
| Tolerancia spracovania | Približne 0,002″ | Približne 0,008″ |
| Stupeň otrepávania na reze | Vyskytuje sa iba čiastočné otrepávanie | Nedochádza k žiadnemu otrepávaniu |
| Tepelné namáhanie materiálu | V materiáli môže dôjsť k deformácii, popúšťaniu a štrukturálnym zmenám. | Nedochádza k tepelnému namáhaniu |
| Sily pôsobiace na materiál v smere prúdu plynu alebo vody počas spracovania | Tlak plynu predstavuje problémy s tenkými obrobky, vzdialenosť nedá sa udržiavať | Vysoká: tenké, malé diely sa preto dajú spracovať len v obmedzenej miere |
Bezpečnostné aspekty a prevádzkové prostredie
| Predmet | CO2 laser | Rezanie vodným lúčom |
| Osobná bezpečnosťpožiadavky na vybavenie | Ochranné okuliare proti laseru nie sú absolútne nevyhnutné | Sú potrebné ochranné okuliare, ochrana sluchu a ochrana pred kontaktom s vysokotlakovým prúdom vody. |
| Produkcia dymu a prachu počas spracovania | Vyskytuje sa; plasty a niektoré kovové zliatiny môžu produkovať toxické plyny | Nevhodné pre rezanie vodným lúčom |
| Hlukové znečistenie a nebezpečenstvo | Veľmi nízke | Nezvyčajne vysoká |
| Požiadavky na čistenie strojov z dôvodu neporiadku v procese | Nízke čistenie | Vysoké čistenie |
| Zníženie odpadu produkovaného procesom | Odpad z rezania je prevažne vo forme prachu, ktorý si vyžaduje odsávanie a filtrovanie. | Veľké množstvo rezného odpadu vzniká v dôsledku miešania vody s abrazívami. |