ปัจจุบันกิจกรรมการผลิตด้วยเลเซอร์ครอบคลุมถึงการตัด การเชื่อม การอบชุบด้วยความร้อน การเคลือบ การตกตะกอนไอ การแกะสลัก การขีดเส้น การตัดแต่ง การอบอ่อน และการชุบแข็งด้วยแรงกระแทก กระบวนการผลิตด้วยเลเซอร์สามารถแข่งขันได้ทั้งในด้านเทคนิคและเศรษฐกิจกับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมและแบบไม่ดั้งเดิม เช่น การกลึงเชิงกลและเชิงความร้อน การเชื่อมด้วยไฟฟ้า การเชื่อมด้วยไฟฟ้าเคมี และการตัดด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า (EDM) การตัดด้วยน้ำแรงดันสูง การตัดด้วยพลาสมา และการตัดด้วยเปลวไฟ
การตัดด้วยน้ำแรงดันสูงเป็นกระบวนการที่ใช้แรงดันน้ำสูงถึง 60,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) ในการตัดวัสดุ โดยทั่วไป น้ำจะผสมกับสารกัดกร่อน เช่น การ์เนต ซึ่งช่วยให้สามารถตัดวัสดุได้หลากหลายชนิดมากขึ้น ได้ความแม่นยำ ตัดได้เป็นแนวตรง และได้ขอบที่เรียบเนียน เครื่องตัดด้วยน้ำแรงดันสูงสามารถตัดวัสดุอุตสาหกรรมได้หลายชนิด รวมถึงสแตนเลส อินโคเนล ไทเทเนียม อลูมิเนียม เหล็กกล้าเครื่องมือ เซรามิก หินแกรนิต และแผ่นเหล็กกันกระสุน กระบวนการนี้ก่อให้เกิดเสียงดังมาก
ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบการตัดโลหะโดยใช้กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ CO2 และกระบวนการตัดด้วยน้ำแรงดันสูงในการแปรรูปวัสดุทางอุตสาหกรรม
§ ความแตกต่างของกระบวนการพื้นฐาน
§ การประยุกต์ใช้และการใช้งานในกระบวนการทั่วไป
§ เงินลงทุนเริ่มต้นและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานเฉลี่ย
§ ความแม่นยำของกระบวนการ
§ ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและสภาพแวดล้อมในการปฏิบัติงาน
ความแตกต่างของกระบวนการพื้นฐาน
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยน้ำแรงดันสูง |
| วิธีการถ่ายโอนพลังงาน | แสงส่องสว่าง 10.6 เมตร (ช่วงอินฟราเรดไกล) | น้ำ |
| แหล่งพลังงาน | เลเซอร์แก๊ส | ปั๊มแรงดันสูง |
| วิธีการส่งผ่านพลังงาน | ลำแสงถูกนำทางด้วยกระจก (ระบบแสงแบบลอยตัว); ไม่มีการส่งสัญญาณผ่านใยแก้วนำแสง เป็นไปได้สำหรับเลเซอร์ CO2 | ท่อแรงดันสูงแบบแข็งจะส่งผ่านพลังงาน |
| วัสดุที่ถูกตัดจะถูกขับออกอย่างไร | แรงดันแก๊ส พร้อมด้วยแก๊สเพิ่มเติม ช่วยขับไล่วัสดุออกไป | ระบบฉีดน้ำแรงดันสูงจะขับไล่ของเสียออกไป |
| ระยะห่างระหว่างหัวฉีดกับวัสดุ และค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่อนุญาต | ประมาณ 0.2″ 0.004″ เซ็นเซอร์วัดระยะทาง การปรับตั้ง และแกน Z เป็นสิ่งจำเป็น | ประมาณ 0.12″ 0.04″ เซ็นเซอร์วัดระยะทาง การปรับตั้ง และแกน Z เป็นสิ่งจำเป็น |
| การตั้งค่าเครื่องจักรทางกายภาพ | แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์จะอยู่ภายในเครื่องเสมอ | พื้นที่ทำงานและปั๊มสามารถติดตั้งแยกกันได้ |
| โต๊ะมีหลายขนาดให้เลือก | ขนาด 8 ฟุต x 4 ฟุต ถึง 20 ฟุต x 6.5 ฟุต | ขนาด 8 ฟุต x 4 ฟุต ถึง 13 ฟุต x 6.5 ฟุต |
| ปริมาณลำแสงที่ส่งออกโดยทั่วไปที่ชิ้นงาน | 1500 ถึง 2600 วัตต์ | 4 ถึง 17 กิโลวัตต์ (4000 บาร์) |
การใช้งานและการประยุกต์ใช้ในกระบวนการทั่วไป
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยน้ำแรงดันสูง |
| กระบวนการทั่วไปใช้ | การตัด การเจาะ การแกะสลัก การกัดกร่อน การสร้างโครงสร้าง การเชื่อม | การตัด การกำจัด การจัดโครงสร้าง |
| การตัดวัสดุ 3 มิติ | ทำได้ยากเนื่องจากการนำทางลำแสงที่ตายตัวและการควบคุมระยะห่าง | เป็นไปได้บางส่วน เนื่องจากพลังงานตกค้างด้านหลังชิ้นงานถูกทำลายไปแล้ว |
| วัสดุที่สามารถตัดได้ด้วยกระบวนการนี้ | โลหะทุกชนิด (ยกเว้นโลหะที่มีการสะท้อนแสงสูง) พลาสติกทุกชนิด แก้ว และไม้ สามารถตัดได้ | กระบวนการนี้สามารถตัดวัสดุได้ทุกชนิด |
| การผสมผสานวัสดุ | วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวต่างกันนั้นแทบจะตัดกันไม่ได้เลย | เป็นไปได้ แต่มีความเสี่ยงที่จะเกิดการแยกชั้น |
| โครงสร้างแซนด์วิชที่มีช่องว่าง | สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้ด้วยเลเซอร์ CO2 | ความสามารถจำกัด |
| การตัดวัสดุที่มีข้อจำกัดหรือการเข้าถึงที่บกพร่อง | เป็นไปได้ยากมากเนื่องจากระยะทางสั้นและหัวตัดเลเซอร์มีขนาดใหญ่ | มีข้อจำกัดเนื่องจากระยะห่างระหว่างหัวฉีดกับวัสดุน้อยเกินไป |
| คุณสมบัติของวัสดุที่ถูกตัดซึ่งมีผลต่อกระบวนการแปรรูป | ลักษณะการดูดซับของวัสดุที่ระดับความลึก 10.6 เมตร | ความแข็งของวัสดุเป็นปัจจัยสำคัญ |
| ความหนาของวัสดุที่การตัดหรือการแปรรูปคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ | ความหนาประมาณ 0.12 นิ้ว ถึง 0.4 นิ้ว ขึ้นอยู่กับวัสดุ | ประมาณ 0.4 นิ้ว ถึง 2.0 นิ้ว |
| การประยุกต์ใช้ทั่วไปของกระบวนการนี้ | การตัดแผ่นเหล็กแบนหนาปานกลางสำหรับกระบวนการแปรรูปโลหะแผ่น | การตัดหิน เซรามิก และโลหะที่มีความหนามาก |
เงินลงทุนเริ่มต้นและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานโดยเฉลี่ย
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยน้ำแรงดันสูง |
| ต้องใช้เงินลงทุนเริ่มต้น | ราคา 300,000 ดอลลาร์สหรัฐ พร้อมปั๊มขนาด 20 กิโลวัตต์ และโต๊ะขนาด 6.5 ฟุต x 4 ฟุต | 300,000 ดอลลาร์ขึ้นไป |
| ชิ้นส่วนที่จะสึกหรอ | กระจกป้องกัน, ก๊าซ หัวฉีด รวมถึงตัวกรองฝุ่นและตัวกรองอนุภาค | หัวฉีดน้ำแรงดันสูง หัวฉีดปรับทิศทางน้ำ และชิ้นส่วนแรงดันสูงทั้งหมด เช่น วาล์ว ท่อ และซีล |
| ปริมาณการใช้พลังงานเฉลี่ยของระบบตัดทั้งหมด | สมมติว่าใช้เลเซอร์ CO2 ขนาด 1500 วัตต์: การใช้พลังงานไฟฟ้า: 24-40 กิโลวัตต์ ก๊าซเลเซอร์ (CO2, N2, He): 2-16 ลิตร/ชั่วโมง ก๊าซตัด (O2, N2): 500-2000 ลิตร/ชั่วโมง | สมมติว่าใช้ปั๊มขนาด 20 กิโลวัตต์: การใช้พลังงานไฟฟ้า: 22-35 กิโลวัตต์ น้ำ: 10 ลิตร/ชั่วโมง สารขัดถู: 36 กก./ชม. การกำจัดเศษวัสดุจากการตัด |
ความแม่นยำของกระบวนการ
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยน้ำแรงดันสูง |
| ขนาดขั้นต่ำของรอยตัด | 0.006 นิ้ว ขึ้นอยู่กับความเร็วในการตัด | 0.02″ |
| ลักษณะพื้นผิวที่ตัด | พื้นผิวที่ตัดจะแสดงให้เห็นโครงสร้างเป็นริ้วๆ | พื้นผิวที่ตัดแล้วจะดูเหมือนถูกพ่นทราย ขึ้นอยู่กับความเร็วในการตัด |
| ระดับความขนานกันอย่างสมบูรณ์ของขอบที่ตัด | ดี; บางครั้งอาจแสดงขอบเป็นรูปกรวย | ถูกต้องครับ ในกรณีของวัสดุที่หนา เส้นโค้งจะมีลักษณะ "หาง" คล้ายหาง |
| ความคลาดเคลื่อนในการประมวลผล | ประมาณ 0.002 นิ้ว | ประมาณ 0.008 นิ้ว |
| ระดับความขรุขระของรอยตัด | เกิดการผุกร่อนเพียงบางส่วนเท่านั้น | ไม่มีการเกิดเสี้ยน |
| ความเครียดจากความร้อนของวัสดุ | อาจเกิดการเสียรูป การอบชุบ และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในวัสดุได้ | ไม่มีความเครียดจากความร้อนเกิดขึ้น |
| แรงที่กระทำต่อวัสดุในทิศทางของเจ็ทแก๊สหรือน้ำระหว่างกระบวนการผลิต | แรงดันแก๊สก่อให้เกิดปัญหา ปัญหาเกี่ยวกับความบาง ชิ้นงาน ระยะทาง ไม่สามารถบำรุงรักษาได้ | ข้อดีคือ ชิ้นส่วนบางและเล็กจึงสามารถนำไปแปรรูปได้ในระดับจำกัดเท่านั้น |
ข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยและสภาพแวดล้อมในการปฏิบัติงาน
| เรื่อง | เลเซอร์ CO2 | การตัดด้วยน้ำแรงดันสูง |
| ความปลอดภัยส่วนบุคคลข้อกำหนดด้านอุปกรณ์ | แว่นตานิรภัยป้องกันแสงเลเซอร์นั้นไม่จำเป็นต้องใช้เสมอไป | จำเป็นต้องสวมแว่นตานิรภัย อุปกรณ์ป้องกันหู และอุปกรณ์ป้องกันการสัมผัสกับน้ำแรงดันสูง |
| การเกิดควันและฝุ่นละอองระหว่างกระบวนการผลิต | เกิดขึ้นได้ครับ พลาสติกและโลหะผสมบางชนิดอาจปล่อยก๊าซพิษออกมาได้ | ไม่สามารถใช้ได้กับการตัดด้วยระบบฉีดน้ำแรงดันสูง |
| มลภาวะทางเสียงและอันตราย | ต่ำมาก | สูงผิดปกติ |
| ข้อกำหนดในการทำความสะอาดเครื่องจักรเนื่องจากความสกปรกจากกระบวนการผลิต | ทำความสะอาดง่าย | การทำความสะอาดระดับสูง |
| การลดของเสียที่เกิดจากกระบวนการ | เศษวัสดุจากการตัดส่วนใหญ่เป็นฝุ่น ซึ่งต้องใช้เครื่องดูดฝุ่นและตัวกรองในการดูดออก | เนื่องจากมีการผสมน้ำกับวัสดุขัดถู ทำให้เกิดเศษวัสดุจากการตัดจำนวนมาก |