Lasertillverkning omfattar för närvarande skärning, svetsning, värmebehandling, beklädnad, ångavsättning, gravyr, ritsning, trimning, glödgning och stötdämpning. Lasertillverkningsprocesser konkurrerar både tekniskt och ekonomiskt med konventionella och icke-konventionella tillverkningsprocesser såsom mekanisk och termisk bearbetning, bågsvetsning, elektrokemisk och elektrisk urladdningsbearbetning (EDM), slipande vattenstråleskärning, plasmaskärning och flamskärning.
Vattenskärning är en process som används för att skära material med en tryckvattenstråle på upp till 60 000 pund per kvadrattum (psi). Ofta blandas vattnet med ett slipmedel som granat, vilket gör att fler material kan skäras rent med snäva toleranser, rakt och med en god kantfinish. Vattenstrålar kan skära många industriella material, inklusive rostfritt stål, Inconel, titan, aluminium, verktygsstål, keramik, granit och pansarplåt. Denna process genererar betydande buller.
Tabellen som följer innehåller en jämförelse av metallskärning med CO2-laserskärning och vattenstråleskärning vid industriell materialbearbetning.
§ Grundläggande processskillnader
§ Typiska processtillämpningar och användningsområden
§ Initial investering och genomsnittliga driftskostnader
§ Processens precision
§ Säkerhetsaspekter och driftsmiljö
Grundläggande processskillnader
| Ämne | CO2-laser | Vattenstråleskärning |
| Metod för att förmedla energi | Ljus 10,6 m (avlägset infrarött räckvidd) | Vatten |
| Energikälla | Gaslaser | Högtryckspump |
| Hur energi överförs | Stråle styrd av speglar (flygande optik); fiberöverföring inte genomförbart för CO2-laser | Stela högtrycksslangar överför energin |
| Hur skärmaterial utdrivs | Gasstråle, plus ytterligare gas, driver ut material | En högtrycksvattenstråle driver ut avfallsmaterial |
| Avstånd mellan munstycke och material och maximalt tillåten tolerans | Cirka 0,2″ 0,004″, avståndssensor, reglering och Z-axel krävs | Cirka 0,12″ 0,04″, avståndssensor, reglering och Z-axel krävs |
| Fysisk maskininstallation | Laserkällan är alltid placerad inuti maskinen | Arbetsområdet och pumpen kan placeras separat |
| Utbud av bordstorlekar | 8′ x 4′ till 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ till 13′ x 6,5′ |
| Typisk strålutgång vid arbetsstycket | 1500 till 2600 watt | 4 till 17 kilowatt (4000 bar) |
Typiska processtillämpningar och användningsområden
| Ämne | CO2-laser | Vattenstråleskärning |
| Typiska processanvändningar | Skärning, borrning, gravering, ablation, strukturering, svetsning | Skärning, ablation, strukturering |
| 3D-materialskärning | Svårt på grund av stel strålstyrning och avståndsreglering | Delvis möjligt eftersom kvarvarande energi bakom arbetsstycket förstörs |
| Material som kan skäras med processen | Alla metaller (exklusive högreflekterande metaller), all plast, glas och trä kan skäras | Alla material kan skäras med denna process |
| Materialkombinationer | Material med olika smältpunkter kan knappt skäras | Möjligt, men det finns risk för delaminering |
| Sandwichstrukturer med hålrum | Detta är inte möjligt med en CO2-laser | Begränsad förmåga |
| Skärning av material med begränsad eller nedsatt åtkomst | Sällan möjligt på grund av kort avstånd och stort laserskärhuvud | Begränsad på grund av det lilla avståndet mellan munstycket och materialet |
| Egenskaper hos det skurna materialet som påverkar bearbetningen | Materialets absorptionsegenskaper vid 10,6 m | Materialhårdhet är en nyckelfaktor |
| Materialtjocklek där skärning eller bearbetning är ekonomiskt fördelaktigt | ~0,12″ till 0,4″ beroende på material | ~0,4″ till 2,0″ |
| Vanliga tillämpningar för denna process | Skärning av planplåt av medeltjocklek för plåtbearbetning | Skärning av sten, keramik och metaller med större tjocklek |
Initial investering och genomsnittliga driftskostnader
| Ämne | CO2-laser | Vattenstråleskärning |
| Initial kapitalinvestering krävs | 300 000 dollar med en 20 kW pump och ett 6,5' x 4' bord | 300 000 dollar+ |
| Delar som kommer att slitas ut | Skyddsglas, gas munstycken, plus både damm- och partikelfilter | Vattenstrålemunstycke, fokuseringsmunstycke och alla högtryckskomponenter som ventiler, slangar och tätningar |
| Genomsnittlig energiförbrukning för komplett skärsystem | Anta en 1500 Watts CO2-laser: Elförbrukning: 24–40 kW Lasergas (CO2, N2, He): 2–16 l/h Skärgas (O2, N2): 500–2000 l/h | Antag en 20 kW pump: Elförbrukning: 22–35 kW Vatten: 10 l/h Slipmedel: 36 kg/h Avfallshantering av skäravfall |
Processens precision
| Ämne | CO2-laser | Vattenstråleskärning |
| Minsta storlek på skärspåret | 0,006″, beroende på skärhastighet | 0,02″ |
| Skärytans utseende | Snittytan kommer att visa en strimmig struktur | Snittytan kommer att se ut som om den blivit sandblästrad, beroende på skärhastigheten. |
| Grad av snittkanter till helt parallella | Bra; ibland uppvisar koniska kanter | Bra; det finns en "svansad" effekt i kurvorna vid tjockare material |
| Bearbetningstolerans | Ungefär 0,002 tum | Ungefär 0,008 tum |
| Grad av gradning på snittet | Endast partiell gradning förekommer | Ingen gradning uppstår |
| Materialets termiska spänning | Deformation, anlöpning och strukturella förändringar kan förekomma i materialet | Ingen termisk stress uppstår |
| Krafter som verkar på materialet i riktning mot gas- eller vattenstrålen under bearbetning | Gastrycket utgör problem med tunna arbetsstycken, avstånd kan inte upprätthållas | Hög: tunna, små delar kan därför endast bearbetas i begränsad utsträckning |
Säkerhetsaspekter och driftsmiljö
| Ämne | CO2-laser | Vattenstråleskärning |
| Personlig säkerhetutrustningskrav | Laserskyddsglasögon är inte absolut nödvändiga | Skyddsglasögon, hörselskydd och skydd mot kontakt med högtrycksvattenstråle behövs. |
| Produktion av rök och damm under bearbetning | Förekommer; plaster och vissa metalllegeringar kan producera giftiga gaser | Inte lämplig för vattenstråleskärning |
| Bullerföroreningar och fara | Mycket låg | Ovanligt hög |
| Krav på maskinrengöring på grund av processstök | Låg städning | Hög städning |
| Minskning av avfall som produceras av processen | Avfallshanteringen sker huvudsakligen i form av damm som kräver vakuumutsug och filtrering. | Stora mängder skäravfall uppstår på grund av blandning av vatten med slipmedel |