naar top
Menu
Logo Print

WANNEER WORDT HD PLASMA INTERESSANTER DAN CO2-LASER?

Een vergelijkende studie van beide snijtechnieken

Plasmasnijden waagt zich sinds de opwaardering naar HD Plasma op het terrein van de CO2-laser. Toch, en dit geldt vanzelfsprekend voor alle snijtechnieken, volstaat geen van beide technieken voor álle snijtaken. Waar beginnen en eindigen de voordelen van CO2-lasersnijden tegenover plasmasnijden, en vice versa? Waar zit het kantelpunt qua nauwkeurigheid? En hoe zit dat met de prijs per snede, de productie-efficiëntie, het materiaal enzovoort? Tijd voor een vergelijkende studie.

OPKOMST HD PLASMA

Plasmasnijden werd in de jaren 1950 ontwikkeld voor het snijden van metalen die niet met een vlam konden worden gesneden, zoals de reflecterende metalen aluminium, inox en koper. Het is sindsdien opgewaardeerd tot HD Plasma, een volwaardige, economische snijtechniek die met andere in competitie kan treden. Kort overzicht van de vooruitgang in het plasmasnijden.

Plasmabron

De eerste plasmabronnen waren stappengeschakelde transformatoren. De techniek was goedkoop, maar liet op het vlak van nauwkeurigheid te wensen over. Het schakelen met thyristors zorgde voor een traploos regelbare snijstroom, maar de techniek was nog steeds ontoereikend voor het snijden van dunne materialen. Het inzetten van invertermodules loste dat probleem op. Door te schakelen met de thyristors wordt een erg stabiele snijstroom bekomen. Die is traploos regelbaar tussen 4 en 800 ampère, afhankelijk van het type stroombron.

Plasmatoorts

De eerste plasmatoortsen gebruikten één snijgas (O2 of een Ar/H2-mengsel). Dat zorgde voor een hoekafwijking aan beide kanten van de snede. Een tweede gas werd daarom ingezet als bescherm- of wervelgas om de vlamboog in te snoeren. Daardoor werden snedes bekomen die rechts, ter hoogte van het werkstuk, een veel kleinere afwijking kenden. De nauwkeurigheid van de toorts wordt vandaag steeds meer bijgeschaafd door technologische vooruitgang enoptimalisering van de snijonderdelen.

Concentrische gaten

Door de lage nauwkeurigheid werd voor gaten aan een verhouding van 2 op 1 gehouden (een gat van 20 mm diameter in een plaat van10 mm dik). Door de opwaardering tot hoge precisie worden vandaag concentrische gaten gesneden met een verhouding van 1 op 1. Dat geldt voor gaten tussen 5 en 25 mm in koolstofstaal.

VERGELIJKING

Door de verhoogde precisie komt plasma steeds meer in het vaarwater van de CO2-laser terecht. Maar waar ligt nu het kantelpunt? Wanneer wordt plasmasnijden boven CO2-lasersnijden verkozen
en omgekeerd? De keuze voor het beste snijproces is lastig omdat het afhankelijk is van verschillende factoren. Die staan niet altijd in coherente relatie tot elkaar, waardoor voor- en nadelen elkaar makkelijk opheffen. Wat volgt, is een vergelijking van beide snijtechnieken optal van relevante vlakken. De utlieme conclusie laten we aan u over: de keuze tussen beide technieken is afhankelijk van verschillende factoren, zoals de precisievereisten, de snelheid enzovoort. We korten plasmasnijden en CO2-lasersnijden af tot 'plasma' en 'CO2' voor een vlottere leesbaarheid.

Snelheid

  • Plasma klopt CO2, en andere snijtechnieken, voor het snijden van diktes boven 6 mm tot 80 mm. Maar ook CO2 staat geboekstaafd als een snel proces. Althans voor lage diktes daarboven wordt het economisch een steeds minder interessante optie. De snelheden van CO2 zijn afhankelijk van het vermogen. Ook heeft de snelheid meer invloed op de minimale breedte van de CO2-snedes.

Precisie

  • De nauwkeurigheid en kwaliteit van plasma spelen in dezelfde ranges als die van CO2. CO2 wint op de meeste punten, wat fijne snedes, maatprecisie, rechtheid, kleine contouren (naast rond ook vierkant of meerhoekig) enzovoort betreft. Toch kan vandaag niet meer algemeen worden gesteld dat een CO2-laser steeds accurater snijdt dan plasma. Boven een zekere dikte ligt de snijkwaliteit van plasma mogelijk zelfs wat hoger voor grote contouren. In de praktijk worden
    toch ook grotere diktes met CO2 gesneden. Vanaf een bepaalde dikte is dat nog weinig economisch. Dat kantelpunt in plaatdikte is moeilijk te bepalen, na navraag bij enkele fabrikanten. De vermelde diktes lopen van enkele millimeter tot boven twintig millimeter. Stof voor een diepgaandere studie. De vraag is in ieder geval welke rol de snijkwaliteit speelt. Bij dikkere werkstukken is de nauwkeurigheid vaak van ondergeschikt belang, waardoor de keuze dan sneller op plasma valt.

Randkwaliteit

  • CO2 blijft een goed proces voor het braamvrij snijden van koolstofstaal. Beide processen laten braamvrij snijden toe door goede parameters. De verharding langs de randen is bij beide technieken zeer klein. We spreken telkens over gladde randen met minimale of onbestaande braamvorming.

Energieverbruik

  • Boven een zekere plaatdikte is plasma energiezuiniger dan CO2. De marge waarin CO2 het hier haalt is bijzonder klein, al verschillen ook hierover de meningen. Om enige duiding te geven: om 10 mm te snijden volstaat een 130A-plasmasysteem, dat 21,5 kW verbruikt. CO2-lasers bieden vermogens tussen 4 en 6 kW, met een minimaal vermogen van 2 kW. Een 2kW-laser verbruikt gemiddeld 12,8 kW, een 4kW-laser gemiddeld 45 kW. Voor een vergelijking in gasverbruik is veel afhankelijk van het snijgas dat wordt gebruikt bij CO2. Het gas is namelijk afhankelijk van het materiaal, de dikte en de kwaliteit.

Efficiëntie

  • CO2 snijdt efficiënter tot een zekere dikte, waarna plasma het overneemt. Opnieuw is het kantelpunt moeilijk te bepalen. Wel kunnen we stellen dat zeker tussen 0,5 tot 10 mm CO2 het haalt van plasma en plasma van CO2 bij diktes richting de 50 mm sommigen spreken vanaf 10 mm, anderen spreken dat tegen. Voor een vergelijking in efficiëntie werden snelheid, snijkwaliteit, energieverbruik en operationele kosten coherent in rekening gebracht.

Dikte

  • Courante plaatdiktes voor plasma liggen rond 50 mm. De techniek haalt diktes tot 80 mm MS en 160 mm SS en AL. CO2 haalt weinig boven de 25 mm. Plasma biedt minder kwaliteit bij het snijden van dunne materialen in vergelijking met CO2.

Geometrie

  • Voor kleine binnencontouren schiet plasma tekort in deze vergelijking. Zeker voor het snijden van gaten in rvs, waarbij de plasmaboog te sterk wordt afgebogen. Dat is het belangrijkste nadeel van plasma in vergelijking met CO2. Plasma is dan wel weer erg geschikt voor bevelsnijden.

Materiaal

  • Plasma kan alle geleidende metalen snijden. De hardheid van het materiaal is daarbij bepalend. Met CO2 kunnen bepaalde hoogreflectieve metalen, zoals koper, niet worden gesneden doordat een deel van de laserenergie zou woren geadsorbeerd. Voor deze metalen geldt dat ze zich minder snel en met mindere kwaliteit (vergeleken met staal en rvs) laten snijden. Ook de te snijden diktes zijn beperkt. Daarnaast is het zo dat plasma uitsluitend dient voor het snijden van metaal, terwijl laser ook kunststof en een aantal andere materialen kan bewerken.

Materiaalcombinaties

  • Met plasma is het mogelijk materialen met verschillende smeltpunten te snijden. Dat is niet het geval bij CO2.

Invloed op het materiaal

  • Voor beide technieken geldt dat de hoge temperatuur invloed kan hebben op het materiaal. De thermische invloed ligt hoger bij plasma. Die kan bestaan in de vorm van deformatie, gloeiende oppervlakken of structurele veranderingen aan het materiaal. Ook de gasdruk kan invloed hebben op dun materiaal, waarbij de afstand tussen de nozzle en het werkstuk moeilijker behouden kan worden. Vooruitgang in de technologie van de beide technieken zorgt voor een steeds kleinere impact op het materiaal.

Investering

  • De investeringskost van een lasersnijmachine ligt drie- tot viermaal hoger dan die voor een economische plasmasnijmachine.

Prijs per eenheid

  • Door de hogere productiviteit ligt de kostprijs per snede lager dan bij CO2. Ook het lagere gas- en elektriciteitsverbruik drukken de kosten. Wel moet nog de snijsnelheid, afhankelijk van de plaatdikte, en het aantal gaten, die trager worden gesneden, in rekening worden gebracht. Daarvoor moet elk project afzonderlijk worden bekeken.

Duurzaamheid

  • De levensduur van de plasmasnijonderdelen ligt een stuk lager dan bij CO2. Zeker de snijnozzle en elektrodes verslijten relatief snel in vergelijking met CO2. Enkel de nozzle van CO2 moet op termijn worden vervangen, maar die kent een zeer lange levensduur.

Onderhoud

  • CO2 heeft meer onderhoud nodig door de spiegels, wat meespeelt in de effectieve kostprijs.

Machineopstelling

  • Qua de grootte van de snijtafel, zijn weinig verschillen aan te geven tussen beide technieken. De machines kunnen dezelfde groottes aansnijden. Wel is het zo dat een plasmasnijmachine beperkt wordt afgeschermd. Door met een brug met snijkoppen te werken, die zich over de snijtafel verplaatst, is er nagenoeg geen beperking in lengte.

Operator

  • Zowel CO2 als plasma heeft weinig expertise nodig van de operator. De CNC-sturing is in beide machines geïntegreerd.

Lawaai en veiligheid

  • Plasmamachines werken luider dan CO2-lasermachines. Een uv-veiligheidsbril is nodig bij het opereren van een plasmasnijmachine.

Techniek

  • Het grootste verschil tussen plasmasnijden en CO2-snijden ligt, naast in de kostprijs of de nauwkeurigheid, uiteindelijk nog het meest in de technologie. Sterk gesimplificeerd: plasma stuurt energie doorheen elektrisch geladen gas, terwijl CO2 licht stuurt langs weerspiegelende optics.

BESLUIT

Plasmasnijden wordt steeds beter en nadert intussen het CO2-lasersnijden, zoveel is zeker. Samen met de lage investeringskost en het grote bereik qua dikte maakt dat van plasmasnijden een competitieve techniek. Met als belangrijkste nadeel de lagere kwaliteit wat de fijne binnencontouren betreft.