激光和水刀是截然不同的机器，具有截然不同但可能互补的功能
激光切割和水刀切割：两种伟大的技术可以完美结合吗？或者当他们独奏时最好？一如既往，答案是这取决于商店上门的工作、最常加工的材料、操作员的技能水平，以及最终可用的设备预算。
“如果我要用 ¼” 低碳钢切割 3” x 1” 的圆，我可能更喜欢激光（左），因为它的速度和准确性，”OMAX 的应用专家 Tim Holcomb 指出。水刀切割右边。（由 OMAX 提供）根据对每种类型系统的主要供应商的调查，简短的回答是水刀比激光更便宜且用途更广它可以切割的材料方面。从泡沫到食品，水刀展示了非凡的灵活性。另一方面，在生产厚度达 1 英寸（25.4 毫米）的大量较薄金属时，激光可提供无与伦比的速度和精度。
就运营成本而言，水刀系统会消耗研磨材料并需要泵改造。光纤激光器的初始成本较高，但与较早的 CO2 同类产品相比，运行成本较低；它们还可能需要更多的操作员培训（尽管现代控制界面缩短了学习曲线）。到目前为止，水刀最常用的磨料是石榴石；在极少数情况下，当使用氧化铝等更具磨蚀性的物质时，混合管和喷嘴会遭受更多磨损。使用石榴石，水刀组件可能会切割 125 小时；而使用氧化铝时，它们可能只能持续大约 30 小时。
Am 的激光部门产品经理 Dustin Diehl 认为，最终，这两种技术应该被视为互补的ada America Inc.，加利福尼亚州布埃纳帕克。“当客户拥有这两种技术时，他们可以在出价方面拥有极大的灵活性，”Diehl 解释说。 “他们可以投标任何类型的工作，因为他们拥有这两种不同但相似的工具，并且可以投标整个包。”
例如，一位拥有两种类型系统的 Amada 客户在激光器上执行消隐操作。 “在折弯机旁边是一台正在切割耐热绝缘材料的水刀，”Diehl 说。 “一旦板材弯曲，他们就会将绝缘材料放入，再次弯曲并进行折边或密封。这是一条整洁的小型装配线。”
在其他情况下，Diehl 继续说，商店表示他们想购买激光切割系统，但觉得他们没有考虑到工作量来证明支出是合理的。 “如果你要制造一百个零件，而且要花一整天的时间，我们会让他们看看激光。我们可以得到一个钣金应用在几分钟内完成，而不是几小时。”
OMAX Corp. Kent, Wash. 的应用专家 Tim Holcomb 经营着一家拥有大约 14 台激光器和一台水刀的商店，回忆起他多年前看到的一张海报在使用激光、水刀和电火花线切割机的公司工作。海报列出了每种类型的机器可以处理的最佳材料和厚度——水刀的清单使其他机器相形见绌。
最终，“我看到激光试图在水刀世界中竞争，副反之亦然，他们不会在各自的利基市场之外取胜，”霍尔科姆解释道。他还指出，由于水刀是一种冷切割系统，“我们可以利用更多的医疗或国防应用，因为我们没有热影响区 (HAZ)——我们是微射流技术。” Minijet 喷嘴和微射流切割“正在为我们腾飞。”
加工的“瑞士军刀”
虽然激光在切割领域占据主导地位对于低碳黑色金属钢，水刀技术“确实是机床行业的瑞士军刀”，位于华盛顿州肯特市的 Flow International Corp. 的营销和产品管理副总裁 Tim Fabian 断言，他是 Shape Technologies Group 的成员。它的客户包括 Joe Gibbs Racing。
据该公司称，Flow 的 Dynamic Waterjet XD 快速、准确且灵活。（由 Flow International 提供）“如果你想一想，像这样的赛车制造商因为 Joe Gibbs Racing 使用激光机的机会较少，因为他们经常从许多不同的材料中切割出数量有限的零件，包括钛、铝和碳纤维，”Fabian 解释道。 “他们向我们解释的其中一个需求是，他们使用的机器必须非常容易操作程序。有时，操作员可能会用 ¼" [6.35 mm] 铝制造零件并将其安装在赛车上，但随后决定该零件应由钛、更厚的碳纤维或更薄的铝制成。 ”
对于传统的 CNC 加工中心，他继续说道，“这些变化相当大。”尝试从一种材料换到另一种材料，从一个零件换到另一个零件，意味着改变刀具、主轴转速、进给率和程序。
Flow 的 Mach 500 有多种尺寸可供选择，并设计有包括动态水刀在内的选项头、五轴、双龙门架和多个切割头。（由 Flow International 提供）“他们真正推动我们使用水刀的其中一件事是创建他们使用的不同材料的库，因此他们必须做的一切是每只需点击几下鼠标，他们就可以从 ¼" 铝切换到 ½" [12.7 mm] 碳纤维，”Fabian 继续说道。 “再次单击鼠标，它们会从 ½" 碳纤维变成 1/8" [3.18 mm] 钛。” Joe Gibbs Racing 正在“使用大量稀有合金和您并不总是看到普通客户使用的东西。所以我们花了很多时间与他们合作，用这些先进的材料帮助创建图书馆。我们的数据库中有数百种材料，客户可以通过简单的流程添加自己独特的材料并进一步扩展该数据库。”
福禄水刀的另一位高端用户是 Elon马斯克的 SpaceX。 “我们在 SpaceX 有很多机器来制造火箭飞船部件，”Fabian 说。另一家航天探索制造商 Blue Origin 也使用 Flow 机器。 “他们没有制造 10,000 个东西；他们正在制作其中一个，其中五个ose，四件其他东西。”
对于典型的商店，“任何时候你有一份工作，你需要 5,000 件 ¼" 钢材，激光将很难击败，”Fabian 指出. “但是，如果您需要两个钢部件、三个铝部件或四个尼龙部件，您可能不会考虑使用激光而不是水刀。使用水刀，您可以切割从薄规格钢到 6" 到 8" 的任何东西“[15.24 至 20.32 厘米] 厚的金属。”
Trumpf 的胶带故事
凭借其保护伞下的激光和机床部门，Trumpf 在激光领域有着明确的立足点和传统的 CNC 世界。
在水刀和激光最有可能重叠的狭窄窗口中——金属刚好超过 1 英寸 [25.4 毫米] 厚——水刀保持清晰的边缘。
“对于非常非常厚的金属——1.5 英寸 [38.1 毫米] 和更大——水刀不仅可以提供更好的质量，而且激光可能无法加工金属，”据激光技术和销售咨询经理 Brett Thompson 介绍。之后，分歧就很明显了：非金属很可能在水刀上加工，而对于任何 1 英寸厚或更薄的金属，“激光是不费吹灰之力的选择。激光切割速度快得多，特别是在更薄和/或更硬的材料——例如，不锈钢与铝相比。”
该公司表示，Trumpf 的 Highspeed Eco 工艺可以将进料速度和板材吞吐量提高 100%。喷嘴设计将氮气消耗量降低了平均 70%。（由 Trumpf 提供）随着零件光洁度，尤其是边缘质量，随着材料变厚和热输入成为一个因素，水刀再次占据优势。
“这可能是一个水刀可能具有优势的地方，”汤普森承认。“厚度和材料的范围超过了具有较少热影响区的激光器。虽然加工速度比激光慢，但水刀也能提供始终如一的良好边缘质量。使用水刀时，您往往也会获得非常好的垂直度——即使厚度以英寸为单位，也无需担心毛刺。”
激光在自动化方面的优势在于Thompson 补充道。
“使用激光，完全集成是可能的：在一侧加载材料，然后从集成切割和弯曲系统的另一侧输出成品切割和弯曲的部分。在这种情况下，水刀可能仍然是一个糟糕的选择——即使有一个很好的材料管理系统——因为零件的切割速度要慢得多，而且显然你必须处理水。”
Thompson 断言激光的操作成本更低，而且intain，因为“使用的耗材相对有限，尤其是光纤激光器。”然而，“由于机器动力较低且相对简单，水刀的总管理费用可能会更低。这实际上取决于每台设备的设计和维护情况。”
商店中的现实
当 OMAX 的 Holcomb 在 1990 年代经营一家商店时，他回忆说， “每当我的桌子上出现零件或蓝图时，我最初的想法是，'我可以在激光上做吗？'但在我意识到之前，我们已经获得了越来越多的专用于水刀的项目。那些是厚规格的材料和某些类型的零件，因为激光的热影响区，我们不能真正进入一个角落；它会炸掉角落，所以我们会倾向于水刀——即使是激光通常会做的材料厚度也是如此。”
虽然单张纸在激光上速度更快，但堆叠多达四层的纸在水刀上速度更快。
“如果我要切割 3" x 1" [76.2 x 25.4-mm] 由 ¼" [6.35-mm] 低碳钢制成的圆，我可能更喜欢激光，因为它的速度和精度。表面处理 - 侧切轮廓 - 将更像是一个玻璃状表面，非常光滑。”
零件在 OMAX 水刀切割机上切割。（由 OMAX 提供）但要让激光达到那种精度水平，他补充说，“你必须是频率和瓦数方面的专家。我们非常擅长，但你必须非常严格地拨入它；使用水刀，这是第一次，第一次尝试。现在，我们所有的机器都内置了 CAD 系统.我可以直接在机器上设计一个零件。这对原型制作很有用，他加了。 “我可以在水刀上进行编程，更轻松地更改材料厚度和设置。”与工作设置和转换“具有可比性；我在水刀上看到了一些与激光非常相似的转换。”
现在，对于小型工作、原型制作或教育用途——甚至是业余爱好商店或车库——OMAX 的 ProtoMAX 配备了泵和切割台在脚轮上，便于搬迁。工作材料浸没在水下以进行安静切割。
关于维护，“通常我可以在一两天内培训某人使用水刀，然后很快将他们送到野外，”Holcomb 断言。
OMAX 的 EnduroMAX 泵旨在减少用水量并允许快速重建。当前版本具有三个动态密封件。 “我仍然告诉人们要小心维护任何泵，而不仅仅是我的。这是一个高压泵，所以请花点时间接受适当的培训。”
F最终分析
对于 Amada 的 Diehl 来说，水刀和激光确实可以以互补的方式使用。
“水刀是进入冲裁和制造领域的重要垫脚石，也许您的下一步行动将是激光，”他建议道。 “这让人们切割零件。折弯机价格实惠，因此可以切割和弯曲它们。在生产环境中，您可能会倾向于使用激光。”
虽然光纤激光器可以灵活地切割非钢材（铜、黄铜、钛），但水射流允许切割垫片材料和塑料，因为它具有没有 HAZ。
操作当前一代的光纤激光切割系统“现在非常直观，可以通过程序控制生产，”Diehl 说。 “操作员只是简单地装载工件并启动。我来自商店，在 CO2 的日子里，光学器件开始老化和退化，切割质量会受到影响，你被认为如果您可以诊断出这些问题，请聘请一位优秀的操作员。今天的纤维系统有点像饼干切割机，它们没有这些消耗品，所以它们可以打开或关闭——切割或不切割零件。这需要一些熟练的操作员需要的方程式。话虽如此，我认为从水刀到激光的过渡将是平稳而轻松的。”
Diehl 估计，典型的光纤激光系统的运行成本为每小时 2 至 3 美元，而过去约为 50 美元考虑到磨料消耗（例如石榴石）和定期泵改造，水刀每小时 75 美元。
随着激光切割系统千瓦功率的增加，它们越来越多地成为水刀切割铝等材料的替代品.
“过去，对于厚铝材，水刀具有优势，”Diehl 解释道。 “激光没有能力穿透像 1” 铝这样的东西。激光世界，但现在随着更高功率的光纤和激光技术的进步，1" 铝不再是问题。如果你做了成本比较，对于机器的初始投资来说，水刀可能更便宜。激光可能会削减 10 倍的零件，但您将不得不处于那个体积环境中以增加成本。当您运行少量零件的更高组合时，这可能会有一些优势水刀——但肯定不是在生产环境中。如果您在需要运行成百上千个零件的任何类型的环境中，那不是水刀应用。”
说明可用激光的增加Amada 的 ENSIS 技术从 2013 年推出时的 2 kW 达到了 12 kW 的最高功率。另一方面，Amada 在 Fabtech 2019 上推出的 VENTIS 机器允许进行更广泛的材料加工多亏了在喷嘴直径内移动的光束。
“我们可以通过前后运动、上下运动、左右运动或八字形运动来执行不同的技术，”Diehl 谈到文蒂斯。 “我们从 ENSIS 技术中学到的一点是，每种材料都有一个最佳点——一种它喜欢的切割方式。我们使用不同类型的模式和光束整形来做到这一点。有了 VENTIS，我们几乎可以像锯子一样来回移动；当头部移动时，光束会来回移动，因此您会得到非常平滑的条纹、出色的边缘质量，有时还会提高速度。”
与 OMAX 的小型 ProtoMAX 水刀系统一样，Amada正在为较小的商店或“在只需要对某些零件进行原型制作时不想闯入其生产部门的研发原型商店”准备一个“占地面积非常小的光纤系统”。
