ปัจจุบัน กิจกรรมการผลิตด้วยเลเซอร์ประกอบด้วย การตัด การเชื่อม การอบชุบด้วยความร้อน การหุ้ม การสะสมไอ การแกะสลัก การขีดเขียน การตัดแต่ง การอบอ่อน และการชุบแข็งด้วยแรงกระแทก กระบวนการผลิตด้วยเลเซอร์สามารถแข่งขันทั้งในเชิงเทคนิคและเชิงเศรษฐกิจกับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมและแบบไม่ดั้งเดิม เช่น การตัดเฉือนด้วยเครื่องจักรและความร้อน การเชื่อมอาร์ก การตัดด้วยไฟฟ้าเคมี และการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า (EDM) การตัดด้วยเจ็ทน้ำแบบขัด การตัดด้วยพลาสมา และการตัดด้วยเปลวไฟ
การตัดด้วยเครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง (Water Jet Cutting) เป็นกระบวนการที่ใช้ตัดวัสดุโดยใช้แรงดันน้ำสูงถึง 60,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) บ่อยครั้งที่น้ำจะถูกผสมกับสารกัดกร่อน เช่น การ์เนต ซึ่งทำให้สามารถตัดวัสดุได้มากขึ้นอย่างแม่นยำ เพื่อให้ได้ค่าความคลาดเคลื่อนน้อยที่สุด คมชัด และได้ขอบที่สวยงาม เครื่องฉีดน้ำแรงดันสูงสามารถตัดวัสดุอุตสาหกรรมได้หลายชนิด เช่น สเตนเลสสตีล อินโคเนล ไทเทเนียม อะลูมิเนียม เหล็กกล้าเครื่องมือ เซรามิก หินแกรนิต และแผ่นเกราะ กระบวนการนี้ก่อให้เกิดเสียงดังมาก
ตารางต่อไปนี้ประกอบด้วยการเปรียบเทียบการตัดโลหะโดยใช้กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ CO2 และกระบวนการตัดด้วยเจ็ทน้ำในการแปรรูปวัสดุทางอุตสาหกรรม
§ ความแตกต่างของกระบวนการพื้นฐาน
§ การใช้งานและการประยุกต์ใช้กระบวนการทั่วไป
§ การลงทุนเริ่มต้นและต้นทุนการดำเนินงานโดยเฉลี่ย
§ ความแม่นยำของกระบวนการ
§ ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและสภาพแวดล้อมการทำงาน
ความแตกต่างของกระบวนการพื้นฐาน
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยเจ็ทน้ำ |
| วิธีการถ่ายทอดพลังงาน | แสง 10.6 ม. (ระยะอินฟราเรดไกล) | น้ำ |
| แหล่งพลังงาน | เลเซอร์แก๊ส | ปั๊มแรงดันสูง |
| การถ่ายโอนพลังงาน | ลำแสงนำทางด้วยกระจก (เลนส์ลอย) การส่งผ่านด้วยเส้นใยไม่ เป็นไปได้สำหรับเลเซอร์ CO2 | ท่อแรงดันสูงแบบแข็งส่งพลังงาน |
| วัสดุที่ถูกตัดจะถูกขับออกอย่างไร | เจ็ทแก๊สพร้อมแก๊สเสริมที่ขับวัสดุออกไป | เครื่องฉีดน้ำแรงดันสูงจะฉีดวัสดุเสียออกไป |
| ระยะห่างระหว่างหัวฉีดและวัสดุและความคลาดเคลื่อนที่อนุญาตสูงสุด | ประมาณ 0.2″ 0.004″ จำเป็นต้องมีเซ็นเซอร์ระยะทาง การควบคุม และแกน Z | ประมาณ 0.12″ 0.04″ จำเป็นต้องมีเซ็นเซอร์ระยะทาง การควบคุม และแกน Z |
| การตั้งค่าเครื่องจักรทางกายภาพ | แหล่งกำเนิดเลเซอร์จะอยู่ภายในเครื่องเสมอ | พื้นที่ทำงานและปั๊มสามารถแยกจากกันได้ |
| ช่วงขนาดโต๊ะ | 8′ x 4′ ถึง 20′ x 6.5′ | 8′ x 4′ ถึง 13′ x 6.5′ |
| เอาต์พุตลำแสงทั่วไปที่ชิ้นงาน | 1500 ถึง 2600 วัตต์ | 4 ถึง 17 กิโลวัตต์ (4000 บาร์) |
การใช้งานและการประยุกต์ใช้กระบวนการทั่วไป
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยเจ็ทน้ำ |
| การใช้กระบวนการทั่วไป | การตัด การเจาะ การแกะสลัก การกัด การเจาะโครงสร้าง การเชื่อม | การตัด การขูด การจัดโครงสร้าง |
| การตัดวัสดุ 3 มิติ | ยากเนื่องจากการนำลำแสงแบบแข็งและการควบคุมระยะทาง | เป็นไปได้บางส่วนเนื่องจากพลังงานที่เหลืออยู่ด้านหลังชิ้นงานถูกทำลาย |
| วัสดุที่สามารถตัดได้ด้วยกระบวนการ | โลหะทุกชนิด (ยกเว้นโลหะที่มีการสะท้อนแสงสูง) พลาสติก แก้ว และไม้ทุกชนิดสามารถตัดได้ | วัสดุทุกชนิดสามารถตัดได้ด้วยกระบวนการนี้ |
| การผสมผสานวัสดุ | วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่างกันแทบจะตัดไม่ได้ | เป็นไปได้แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการแยกชั้น |
| โครงสร้างแซนวิชที่มีโพรง | สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ด้วยเลเซอร์ CO2 | ความสามารถจำกัด |
| การตัดวัสดุที่มีการเข้าถึงที่จำกัดหรือบกพร่อง | เป็นไปได้ยากเนื่องจากระยะทางสั้นและหัวตัดเลเซอร์ขนาดใหญ่ | มีข้อจำกัดเนื่องจากระยะห่างระหว่างหัวฉีดและวัสดุมีจำกัด |
| คุณสมบัติของวัสดุตัดที่มีอิทธิพลต่อการแปรรูป | ลักษณะการดูดซับของวัสดุที่ 10.6 ม. | ความแข็งของวัสดุเป็นปัจจัยสำคัญ |
| ความหนาของวัสดุที่การตัดหรือการแปรรูปมีความประหยัด | ~0.12″ ถึง 0.4″ ขึ้นอยู่กับวัสดุ | ~0.4″ ถึง 2.0″ |
| การใช้งานทั่วไปสำหรับกระบวนการนี้ | การตัดแผ่นเหล็กแบนความหนาปานกลางสำหรับการแปรรูปโลหะแผ่น | การตัดหิน เซรามิก และโลหะที่มีความหนามากขึ้น |
การลงทุนเริ่มต้นและต้นทุนการดำเนินงานโดยเฉลี่ย
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยเจ็ทน้ำ |
| จำเป็นต้องลงทุนเงินทุนเริ่มต้น | 300,000 เหรียญสหรัฐ พร้อมปั๊ม 20 กิโลวัตต์ และโต๊ะขนาด 6.5′ x 4′ | 300,000 เหรียญสหรัฐขึ้นไป |
| ชิ้นส่วนที่จะสึกหรอ | กระจกป้องกันแก๊ส หัวฉีดรวมทั้งตัวกรองฝุ่นและอนุภาค | หัวฉีดน้ำ หัวฉีดโฟกัส และส่วนประกอบแรงดันสูงทั้งหมด เช่น วาล์ว ท่อ และซีล |
| การใช้พลังงานเฉลี่ยของระบบตัดทั้งหมด | สมมติว่ามีเลเซอร์ CO2 ขนาด 1,500 วัตต์: การใช้พลังงานไฟฟ้า: 24-40 กิโลวัตต์ ก๊าซเลเซอร์ (CO2, N2, He): 2-16 ลิตร/ชม. การตัดแก๊ส (O2, N2): 500-2000 ลิตร/ชม. | สมมติว่ามีปั๊มขนาด 20 กิโลวัตต์: การใช้พลังงานไฟฟ้า: 22-35 กิโลวัตต์ น้ำ: 10 ลิตร/ชม. แรงขัด: 36 กก./ชม. การกำจัดขยะตัด |
ความแม่นยำของกระบวนการ
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยเจ็ทน้ำ |
| ขนาดขั้นต่ำของช่องตัด | 0.006 นิ้ว ขึ้นอยู่กับความเร็วในการตัด | 0.02 นิ้ว |
| ลักษณะพื้นผิวที่ตัด | พื้นผิวที่ตัดจะแสดงโครงสร้างเป็นลาย | พื้นผิวที่ตัดจะดูเหมือนถูกพ่นทราย ขึ้นอยู่กับความเร็วในการตัด |
| ระดับความคมของการตัดให้ขนานกันอย่างสมบูรณ์ | ดี; บางครั้งจะแสดงขอบกรวย | ดี มีเอฟเฟกต์ “หาง” ในเส้นโค้งในกรณีของวัสดุที่หนากว่า |
| ความคลาดเคลื่อนในการประมวลผล | ประมาณ 0.002 นิ้ว | ประมาณ 0.008 นิ้ว |
| ระดับความคมของรอยตัด | เกิดการเสี้ยนเพียงบางส่วนเท่านั้น | ไม่เกิดการเสี้ยน |
| ความเครียดจากความร้อนของวัสดุ | การเสียรูป การอบชุบ และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอาจเกิดขึ้นในวัสดุ | ไม่เกิดความเครียดจากความร้อน |
| แรงที่กระทำต่อวัสดุในทิศทางของก๊าซหรือเจ็ทน้ำในระหว่างการประมวลผล | ท่าทางความดันแก๊ส ปัญหาความผอม ชิ้นงาน ระยะห่าง ไม่สามารถรักษาไว้ได้ | สูง: ชิ้นส่วนเล็กและบางจึงสามารถประมวลผลได้ในระดับจำกัดเท่านั้น |
ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและสภาพแวดล้อมการทำงาน
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยเจ็ทน้ำ |
| ความปลอดภัยส่วนบุคคลความต้องการอุปกรณ์ | แว่นตานิรภัยป้องกันเลเซอร์ไม่จำเป็นอย่างยิ่ง | จำเป็นต้องมีแว่นตานิรภัย อุปกรณ์ป้องกันหู และอุปกรณ์ป้องกันการสัมผัสกับเครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง |
| การเกิดควันและฝุ่นระหว่างการแปรรูป | เกิดขึ้นได้ พลาสติกและโลหะผสมบางชนิดอาจผลิตก๊าซพิษ | ไม่เหมาะสำหรับงานตัดด้วยเครื่องฉีดน้ำ |
| มลพิษทางเสียงและอันตราย | ต่ำมาก | สูงผิดปกติ |
| ความต้องการทำความสะอาดเครื่องจักรเนื่องจากกระบวนการที่ยุ่งวุ่นวาย | การทำความสะอาดต่ำ | ทำความสะอาดสูง |
| การลดของเสียที่เกิดจากกระบวนการ | การตัดขยะส่วนใหญ่อยู่ในรูปของฝุ่นที่ต้องอาศัยการดูดและกรองด้วยสุญญากาศ | ของเสียจากการตัดจำนวนมากเกิดขึ้นเนื่องจากการผสมน้ำกับสารกัดกร่อน |