如果説要對材料進行切割,有很多方法可以實現,用鋸切,還有用氣切等方式,都可以實現對各種材料的切割。
但這些切割方法都並不完美,所以後來又發明出了水刀切割和激光切割,這也是現在廣泛使用的切割方式,事實證明,這兩種方式也是業內最有效的切割解決方案。
但是人們並沒有停止尋找更好的切割方式,例如説一些精密金屬零部件的加工,或者是一些新材料的切割,就需要尋找新的切割方式,繼而就研發出了獨特的水刀激光切割技術。
首先來看看水刀與激光這兩種切割方法之間,有什麼區別和相似之處。
一:定義水刀,就是以水為刀,通過將水在容器內增壓到超高壓,再經過極小的噴嘴射出高壓水流,從而實現對材料的切割;為了增加切割能力,還會將一些石榴砂,金剛石等磨料添加在水中,是一種現在廣泛使用的切割方式。
激光切割,是通過機器製造出高功率的激光束,再照射到需要切割的材料,激光所產生的高温會將照射的材料熔化或者汽化,從而實現對材料的切割。
二:切割的材料水刀,在可切割材料方面幾乎沒有限制,水刀切割時不會讓材料產生熱量,從而避免了被切割材料會產生的熔化,翹邊,彎曲,燃燒等現象;水刀切割的常見材料類型包括塑料,橡膠,石材,瓷磚,不鏽鋼,以及其它金屬等。
激光,激光能夠切割更廣泛的金屬,包括不鏽鋼和碳鋼,以及鋁和多種合金,某些激光可以切穿諸如木材,玻璃或塑料之類的非導電材料,但是激光產生的熱量會對一些金屬產品產生影響。
三:切割的厚度水刀:水刀切割材料的厚度並沒有限制,主要還是要看所射出來的水流壓強大小,壓強越大就能切割越厚的材料。
激光:在一般的機械車間中,大多數激光可以切割2釐米左右的金屬,但是切割材料厚度也要根據金屬而異,金屬的熔點和導熱性都會影響到激光切割的厚度;激光切割機的優勢在於,它能夠以比水刀高得多的速度切割更薄的材料。
四:切割的精度和質量水刀:水刀的切口寬度在0.7毫米左右,切割面非常細,在某些情況下幾乎達到機器的質量,但切縫的頂部到底部會有一些誤差,材料越厚這種誤差就會越大。
激光:激光的切割誤差比水刀要小得多,當在小零件上切割緊密的幾何形狀或需要將零件緊密嵌套在一起時,使用激光切割就能實現,並且激光切割可以讓切割型材表面更加乾淨和光潔,但隨着厚度或速度的增加也會留下一些條紋。
五:比較總結水刀:水刀切割是一種精確且用途廣泛的切割方法,可以切割各種廣泛的材料和厚度,雖然在某些材料中水刀的速度不如激光快,但可以提供高切割的質量,還不會產生影響材料的熱量。
激光:激光切割非常快且準確,但需要取決於材料和厚度,在一般情況下,激光的速度和精度都非常高,較厚的材料或者會受到熱量影響的材料,最好找到另一種切削方法。
水刀激光切割隨着碳纖維增強聚合物,以及陶瓷基複合材料等新材料的出現,這些新型材料的機加工成為一個問題。
無論是水刀還是激光切割都有着一些缺陷,為了應對這一挑戰,就開發了水刀激光切割技術來加工這類高級複合材料。
水刀激光切割是一種混合加工方式,也被稱為激光微噴,是將激光與“細細的”水射流結合在一起,水射流(水刀)通過與常規光纖類似的方式精確地引導激光束從而實現切割,水刀不斷冷卻切割區並有效清除切割時產生的碎屑。
該技術最先是應用在半導體晶圓切割上的,隨着技術的成熟,逐漸推廣到醫療設備,鐘錶加工,燃氣和噴氣發動機渦輪葉片,半導體設備的機械加工以及超硬工具製造過程中的材料切割。
激光通過聚焦後會形成激光束,穿過加壓水腔時就會推動水向前流動,並聚焦到噴嘴中,最後激光束將和水流一起從噴頭中射出。
這個水流裏是不加磨料的,所以切割主要還是靠激光,水的作用是利用水柱引導激光不分散,聚集激光能量切得更快,還有降温和清除碎屑作用。
從噴嘴到切割工件上的這段距離,激光束並不會分散,而是在水柱中不斷反射前進,原理上類似於光纖傳輸,激光束可以在長達10cm的距離被引導,從而實現整齊的切縫,無需再次聚焦或距離控制。
水刀激光切割能夠獲得非常高的切割質量,對材料沒有熱損傷,沒有燃燒或熱降解,毛刺更少,表面更光滑,直邊切割有更高的精度,有助於保持孔徑的高精度等優點,並且水刀可以不斷冷卻切割區,能夠有效清除切割時產生的碎屑。
水刀激光切割對於加工者來説,它可以有更快的生產速度,更廣泛的加工材料,更高的可靠性和更高的切割質量,實現更低的切割成本。
而隨着更多新材料出現,水刀激光切割所有的這些特點,也將被更廣泛的使用。
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參考資料:百度百科,Synova SA-公司文中圖片截取自Youtube《When water meets light_ Laser MicroJet explained》文中Gif截取自Youtube《Interesting - Exploding Skateboard Wheel With A 60,000 PSI Waterjet Cutter -Slow Motion Cutting》