Comparative analysis of laser and plasma arc cutting: productivity, quality, and cost implications

This thesis explores the latest advancements in cutting technologies, specifically high-power fiber lasers and high-definition plasma arc systems, with a focus on their operational performance and economic implications. The current industrial landscape is marked by the rapid evolution of high-power fiber lasers, with outputs ranging from 6 to 60 kW, enhancing their capability to cut thicker materials with improved precision. Meanwhile, plasma arc cutting technology has also advanced, featuring high-definition systems and improved nozzles. The research question investigates how these technological advancements affect productivity, quality, and cost-effectiveness. The methodology consists of a thorough analysis of cutting performance and economic factors. Data is gathered from industrial users, industry reports, manufacturer specifications, and case studies, with a focus on practical scenarios such as cutting mild steel with oxygen (O₂) and stainless steel with nitrogen (N₂). This approach allows for a detailed comparison of both technologies under various operational conditions. The study evaluates cutting speed, material thickness, power levels, and total cost of ownership, including both fixed and variable costs such as system acquisition, energy, gas, labor, maintenance, and consumables. The findings reveal that high-power fiber lasers are more cost-effective for thinner materials, with effective limits around 15-20 mm depending on the material and gas used, while plasma arc cutting is more economical for thicker materials. The analysis indicates a trend toward increased adoption of laser cutting technology, especially for applications that require high precision and lower operational costs. This shift reflects a growing preference for laser systems in the industry, driven by technological advancements and competitive pricing. In summary, this thesis provides valuable insights into the comparative strengths and cost-effectiveness of laser and plasma cutting technologies, helping stakeholders make informed decisions based on their specific operational needs and budget constraints.

Questa tesi esplora i più recenti sviluppi nelle tecnologie di taglio, concentrandosi in particolare sui laser a fibra ad alta potenza e sui sistemi di plasma ad alta definizione, con un focus sulle loro prestazioni operative e implicazioni economiche. L'attuale panorama industriale è caratterizzato dalla rapida evoluzione dei laser a fibra ad alta potenza, con potenze che vanno da 6 a 60 kW, che migliorano la capacità di tagliare materiali più spessi con maggiore precisione. Nel frattempo, la tecnologia di taglio al plasma ha visto significativi progressi, con sistemi ad alta definizione e ugelli avanzati. La domanda di ricerca esamina come questi progressi tecnologici influenzano la produttività, la qualità e la redditività. La metodologia consiste in un'analisi approfondita delle prestazioni di taglio e dei fattori economici. I dati sono raccolti da utenti industriali, rapporti di settore, specifiche dei produttori e casi studio, con un focus su scenari pratici come il taglio di acciaio dolce con ossigeno (O₂) e il taglio di acciaio inossidabile con azoto (N₂). Questo approccio consente un confronto dettagliato tra le due tecnologie in diverse condizioni operative. Lo studio valuta la velocità di taglio, lo spessore del materiale, i livelli di potenza e il costo totale di proprietà, inclusi i costi fissi e variabili come l'acquisizione del sistema, energia, gas, manodopera, manutenzione e consumabili. I risultati rivelano che i laser a fibra ad alta potenza sono più economici per materiali più sottili, con limiti efficaci intorno ai 15-20 mm a seconda del materiale e del gas utilizzato, mentre il taglio al plasma risulta più economico per materiali più spessi. L'analisi indica una tendenza verso una maggiore adozione della tecnologia di taglio laser, specialmente per applicazioni che richiedono alta precisione e costi operativi più bassi. Questo spostamento riflette una crescente preferenza per i sistemi laser nel settore, guidata dai progressi tecnologici e dalla competitività dei prezzi. In sintesi, questa tesi fornisce preziose informazioni sui punti di forza comparativi e sulla redditività delle tecnologie di taglio laser e plasma, aiutando gli stakeholder a prendere decisioni informate basate sulle loro esigenze operative specifiche e sui vincoli di budget.