Starcie technologii: Laser czy waterjet?

Nie tylko laser może być szybką i wydajną technologią cięcia stali i różnych odmian metali. Alternatywą są waterjety. Obie technologie mają swoje zalety i wady. Aby się o tym przekonać, warto porównać oba urządzenia – laser i waterjet.

Waterjet kontra laser. Porównajmy obie technologie cięcia i zastanówmy się wspólnie czy naprawdę w Twojej firmie potrzebny jest laser? Czy może bardziej odpowiednim urządzeniem będzie waterjet. Aby to zrobić, najpierw poznajmy obydwie technologie cięcia i zobaczmy ich mocne oraz słabe strony.

LASER

Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki o podobnych parametrach wymiarowych, jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi promień lasera oraz gaz techniczny o dużej czystości. W zależności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy) cięcie przeprowadza się: przez odparowanie, topnienie i wydmuchiwanie, wypalenie, zarysowanie, poprzez generowanie pęknięć termicznych oraz tzw. zimne cięcie.

Laserowe cięcie wykonuje się w obecności gazu ochronnego takiego jak: azot, tlen lub argon, którego zadaniem jest: wydmuchiwanie materiału stopionego podczas cięcia, zapobieganie utlenianiu się powierzchni przecięcia, zapobieganie spalaniu się łatwopalnych materiałów, przyspieszenie procesu cięcia i zwiększenie jego precyzji.

Maksymalna grubość ciętych laserem materiałów w wielu przypadkach nie przekracza jednak 25 mm.

Mocne strony lasera

Zaletą cięcia laserowego jest przede wszystkim bardzo szybka produkcja z cienkich, nie odblaskowych materiałów, takich jak blacha stalowa. Laser osiąga dokładność do ±0.001 cala (±0.025 mm) lub większą w przypadku cienkich materiałów.

Wady cięcia laserowego

Główna wada lasera to przed wszystkim duży koszt inwestycyjny. Urządzenie do cięcia laserem może kosztować nawet ponad 2 mln zł. To powoduje, że miesięczna rata kredytowa za taką maszynę może się wahać w granicach 40-50 tys. zł. Należy więc zadać sobie pytanie, czy naprawdę warto angażować tak duże środki na zakup maszyny do cięcia? Trzeba zaznaczyć, że to jedynie środki przeznaczane na finansowanie inwestycji, należy jeszcze pamiętać o kosztach eksploatacyjnych lasera.

Kolejną wadą jest ograniczona grubość ciętej blachy podyktowana wymogami jakościowymi i mocą wiązki laserowej. Laser charakteryzuje się małym zakresem ciętych materiałów – głównie stal i metale kolorowe. Nie bez znaczenia jest również fakt, że w procesie cięcia laserem obrabiany materiał ulega nagrzewaniu. To może niestety prowadzić do pewnych odkształceń ciętego elementu i zmian w obrębie ciętej krawędzi.

WATERJET

Szybki, łatwy w obsłudze, przyjazny dla środowiska i niezwykle precyzyjny w cięciu - tak można krótko scharakteryzować maszynę do cięcia strumieniem wodnym, zwaną waterjetem. Ta technologia obróbki różnych materiałów zdobywa coraz większe uznanie polskich przedsiębiorców. Głównie ze względu na niezwykłą precyzję cięcia oraz uniwersalność zastosowania w produkcji. Do tego cena inwestycji jest bardziej przystępna niż lasera.

Warto wiedzieć, że waterjet z powodzeniem wycina różnorodne kształty w materiałach takich jak: stal, kamień, szkło, plastik, drewno i w niczym nie ustępuje tradycyjnym metodom cięcia tych surowców.

Technologia abrasive water jet (AWJ) wykorzystuje strugi wody do przyspieszenia ziaren ścierniwa (najczęściej jest nim garnet). Woda po przejściu przez dyszę wodną powoduje zasysanie ścierniwa do komory miksującej. Mieszanina wody i ścierniwa kierowana jest następnie do dyszy hydrościernej (mixing tube) w celu jej uformowania i ustabilizowania. Powstająca w ten sposób struga posiada wystarczającą ilość energii, aby przeciąć najtwardsze materiały. Technologia pozwala na cięcie bardzo twardych materiałów (np. tytan) o grubości ok 200 mm i więcej. Prędkość takiej strugi, u wylotu z dyszy, ponad dwukrotnie przekracza prędkość dźwięku.

Mocne strony precyzyjnego waterjeta

Waterjet może produkować części praktycznie z każdego materiału, utrzymując tolerancję rzędu ±0.003" do ±0.005" (±0.08 do ±0.1 mm). Może obrabiać odblaskowe, przewodzące i grubsze materiały, takie jak stal nierdzewna i aluminium, miedź i mosiądz.

W procesie cięcia waterjetem materiał nie nagrzewa się. Nie ma obaw o jego odkształcenie i miejscowe zahartowanie. Co więcej, cięcie wodą powoduje, że krawędzie materiału są gładkie. Waterjet podczas pracy nie wytwarza żadnych szkodliwych gazów ani oparów. Można powiedzieć, że maszyna do cięcia wodą jest urządzeniem ekologicznym. Do pracy potrzebuje wody oraz materiału ściernego – garnetu (odmiana piasku). Waterjet wyposażony w pompę korbowodową nie potrzebuje także znacznych ilości oleju do pracy. To wszystko powoduje, że maszyna do cięcia wodą jest urządzeniem nie tylko przyjaznym środowisku naturalnemu, ale również ekonomicznym.

Główne przyczyny, dla których przedsiębiorcy decydują się na zakup waterjeta, to zazwyczaj koszty na poziomie 1/3 – 1/4 ceny inwestycji w laser. Waterjet umożliwia również pracę z dużo szerszym zakresem materiałów. Przedsiębiorstwo, które poprzednio zlecało pracę zakładowi posiadającemu laser, stać teraz na zakup waterjeta i wykonanie tej samej pracy u siebie. Dzięki temu właściciel może oszczędzać pieniądze oraz uzyskać elastyczność planowania własnej produkcji. Zakład posiadający laser również może zdecydować się na zakup urządzenia do cięcia wodą, choćby wyłącznie w celu pracy z grubszym aluminium, stalą nierdzewną i innymi materiałami, pozostającymi w chwili obecnej poza zasięgiem jego lasera.

Podsumowanie

Poddaliśmy analizie dwie całkiem odmienne technologie cięcia. Czas dokonać podsumowania obu urządzeń. Przede wszystkim warto zwrócić uwagę na cenę. Kiedy średni koszt zakupu lasera sięga nawet ponad 2 mln zł, precyzyjne urządzenie waterjet można kupić już za 500 tys. zł. Różnica jest widoczna również przy ewentualnym zakupie ratalnym czy leasingowym. Kiedy miesięcznie za laser zapłacimy na przykład 40-50 tys. zł, to maszyna do cięcia wodą będzie naszą firmę kosztowała w miesiącu tylko od 5 do 10 tys. zł w zależności od wyposażenia. Czy przypadkiem Twoja firma nie płaci miesięcznie więcej za zlecanie usług cięcia różnych materiałów firmie zewnętrznej?

Przyjrzyjmy się teraz samej możliwości cięcia różnych materiałów. Zdecydowana przewaga szybkości w przypadku cięcia laserem jest widoczna dla materiałów o grubości 1-6 mm. Materiały o grubości powyżej 6 mm, pod względem kosztowym i jakościowym wypadają znacznie korzystniej przy cięciu waterjetem. Jeżeli, więc Twoja firma obrabia jedynie cienką stal, laser będzie odpowiednim wyborem. Jeżeli natomiast produkujesz z różnych materiałów o różnych grubościach powinieneś wybrać urządzenie wszechstronne, jakim jest maszyna do cięcia wodą.

Waterjet jest tak samo precyzyjny jak laser, a dodatkowo jest urządzeniem łatwym w obsłudze dzięki zastosowaniu prostego i przyjaznego oprogramowania sterującego. Trzeba też dodać, że maszyna do cięcia wodą jest urządzeniem uniwersalnym w zastosowaniu. Oznacza to, że posiadając waterjeta nie musisz ograniczać się tylko do jednej branży usług i do obrabiania jednego rodzaju materiału. Maszyna do cięcia wodą z powodzeniem radzi sobie ze stalą, metalami, kamieniem, szkłem, kompozytami czy laminatami. Posiadając w firmie waterjeta nie będziesz musiał już zlecać usług cięcia na zewnątrz. A jednocześnie możesz stać się przedsiębiorcą uniwersalnym, działającym w wielu różnych branżach.

Ważnym aspektem jest również fakt, że w procesie cięcia laserem obrabiany materiał nagrzewa się, co może powodować zmiany strukturalne i miejscowe zahartowanie w jego strukturze. Takie zjawisko nie występuje przy cięciu materiałów maszyną do cięcia wodą. Tu materiał po cięciu nie jest nagrzany, nie ma odkształceń. Krawędzie są gładkie i równe.

Porównaliśmy obie technologie cięcia, wskazując na ich wady i zalety. Laser na pewno będzie odpowiednim rozwiązaniem dla firm, których główna produkcja związana jest z bardzo dużą ilością cięcia cienkich materiałów ze stali. Jeśli jednak przedsiębiorstwo potrzebuje bardziej uniwersalnej maszyny, która może ciąć różnorodne materiały o dużej grubości (nawet do 200 mm) znacznie lepszym wyborem będzie zakup waterjeta.