Лазерне виробництво наразі включає різання, зварювання, термічну обробку, плакування, осадження з парової фази, гравірування, нанесення надрізів, обрізання, відпал та ударне гартування. Лазерні виробничі процеси конкурують як технічно, так і економічно з традиційними та нетрадиційними виробничими процесами, такими як механічна та термічна обробка, дугове зварювання, електрохімічна та електроерозійна обробка (EDM), абразивне водяне струменеве різання, плазмове різання та полум'яне різання.
Гідроструменеве різання – це процес, який використовується для різання матеріалів за допомогою струменя води під тиском до 60 000 фунтів на квадратний дюйм (psi). Часто воду змішують з абразивом, таким як гранат, що дозволяє різати більше матеріалів чисто з близькими допусками, рівно та з гарною обробкою кромок. Гідроструменеві струмені здатні різати багато промислових матеріалів, включаючи нержавіючу сталь, інконель, титан, алюміній, інструментальну сталь, кераміку, граніт та броньові листи. Цей процес створює значний шум.
У таблиці нижче наведено порівняння різання металу за допомогою процесу CO2-лазерного різання та процесу гідроструминного різання в промисловій обробці матеріалів.
§ Фундаментальні відмінності процесів
§ Типові застосування та використання процесів
§ Початкові інвестиції та середні експлуатаційні витрати
§ Точність процесу
§ Міркування безпеки та умови експлуатації
Фундаментальні відмінності процесів
| Тема | CO2-лазер | Різання струменем води |
| Спосіб передачі енергії | Світло 10,6 м (далекий інфрачервоний діапазон) | Вода |
| Джерело енергії | Газовий лазер | Насос високого тиску |
| Як передається енергія | Промінь, спрямований дзеркалами (літаюча оптика); волоконна передача не можливо для CO2-лазера | Жорсткі шланги високого тиску передають енергію |
| Як виштовхується нарізаний матеріал | Газовий струмінь, а також додатковий газ виштовхують матеріал | Струмінь води високого тиску викидає відходи |
| Відстань між соплом та матеріалом і максимально допустима відхилення | Приблизно 0,2″ 0,004″, необхідні датчик відстані, регулювання та вісь Z | Приблизно 0,12″ 0,04″, необхідні датчик відстані, регулювання та вісь Z |
| Фізична конфігурація машини | Джерело лазера завжди розташоване всередині машини | Робоча зона та насос можуть бути розташовані окремо |
| Діапазон розмірів столу | від 8′ x 4′ до 20′ x 6,5′ | від 8′ x 4′ до 13′ x 6,5′ |
| Типовий вихідний промінь на заготовці | від 1500 до 2600 Вт | від 4 до 17 кіловат (4000 бар) |
Типові застосування та використання процесів
| Тема | CO2-лазер | Різання струменем води |
| Типове використання процесу | Різання, свердління, гравірування, абляція, структурування, зварювання | Різання, абляція, структурування |
| 3D-різання матеріалів | Складно через жорстке спрямування променя та регулювання відстані | Частково можливо, оскільки залишкова енергія за заготовкою знищується |
| Матеріали, які можна різати за допомогою цього процесу | Можна різати всі метали (крім металів з високою відбивною здатністю), всі види пластику, скло та дерево | За допомогою цього процесу можна різати всі матеріали |
| Комбінації матеріалів | Матеріали з різними температурами плавлення майже не можна різати | Можливо, але є небезпека розшарування |
| Сендвіч-конструкції з порожнинами | З CO2-лазером це неможливо. | Обмежені можливості |
| Різання матеріалів з обмеженим або ускладненим доступом | Рідко можливо через малу відстань та велику лазерну ріжучу головку | Обмежено через невелику відстань між соплом та матеріалом |
| Властивості різаного матеріалу, що впливають на обробку | Поглинальні характеристики матеріалу на глибині 10,6 м | Твердість матеріалу є ключовим фактором |
| Товщина матеріалу, при якій різання або обробка є економічно вигідною | ~0,12″ до 0,4″ залежно від матеріалу | ~0,4″ до 2,0″ |
| Поширені застосування для цього процесу | Різання плоскої листової сталі середньої товщини для обробки листового металу | Різання каменю, кераміки та металів більшої товщини |
Початкові інвестиції та середні експлуатаційні витрати
| Тема | CO2-лазер | Різання струменем води |
| Необхідні початкові капіталовкладення | 300 000 доларів США з насосом потужністю 20 кВт та столом розміром 6,5 футів x 4 фути | понад 300 000 доларів США |
| Деталі, які зношуються | Захисне скло, газове сопла, а також пилові та частинкові фільтри | Водоструминне сопло, фокусуюче сопло та всі компоненти високого тиску, такі як клапани, шланги та ущільнення |
| Середнє споживання енергії всієї різальної системи | Припустимо, що це CO2-лазер потужністю 1500 Вт: Споживання електроенергії: 24-40 кВт Лазерний газ (CO2, N2, He): 2-16 л/год Ріжучий газ (O2, N2): 500-2000 л/год | Припустимо, що насос потужністю 20 кВт: Споживання електроенергії: 22-35 кВт Вода: 10 л/год Абразив: 36 кг/год Утилізація відходів різання |
Точність процесу
| Тема | CO2-лазер | Різання струменем води |
| Мінімальний розмір ріжучої щілини | 0,006 дюйма, залежно від швидкості різання | 0,02 дюйма |
| Зовнішній вигляд поверхні зрізу | Поверхня розрізу матиме смугасту структуру | Залежно від швидкості різання, поверхня різу виглядатиме так, ніби її обробили піскоструминною обробкою. |
| Ступінь зрізу до повної паралельності | Добре; іноді може демонструвати конічні краї | Добре; у випадку товстіших матеріалів спостерігається ефект «хвоста» в кривих |
| Допуск обробки | Приблизно 0,002 дюйма | Приблизно 0,008 дюйма |
| Ступінь задирок на зрізі | Спостерігається лише часткове задиркання | Задирок не виникає |
| Термічна напруга матеріалу | У матеріалі можуть виникати деформації, відпуск та структурні зміни | Термічного напруження не виникає |
| Сили, що діють на матеріал у напрямку струменя газу або води під час обробки | Пози тиску газу проблеми з худим заготовки, відстань не може бути утриманий | Висока: тонкі, дрібні деталі можна обробляти лише обмежено |
Міркування безпеки та умови експлуатації
| Тема | CO2-лазер | Різання струменем води |
| Особиста безпекавимоги до обладнання | Захисні окуляри для лазера не є абсолютно необхідними | Необхідні захисні окуляри, засоби захисту слуху та захист від контакту зі струменем води під високим тиском |
| Утворення диму та пилу під час обробки | Трапляється; пластмаси та деякі металеві сплави можуть виділяти токсичні гази | Не застосовується для різання водним струменем |
| Шумове забруднення та небезпека | Дуже низький | Незвично високий |
| Вимоги до очищення машин через безлад у процесі | Низьке очищення | Висока чистота |
| Зменшення відходів, що утворюються в процесі | Відходи різання переважно у вигляді пилу, що потребують вакуумного відсмоктування та фільтрації. | Велика кількість відходів різання утворюється через змішування води з абразивами. |