Usinagem por Feixe Laser:Peças, Princípio de Funcionamento, Aplicações e Limitações

Neste artigo, você aprenderá o que é usinagem a laser ?, Como funciona? explicou suas partes , princípio de funcionamento com diagrama . E também as vantagens e desvantagens de usinagem a laser.

Introdução

O que é usinagem com feixe de laser?

Usinagem a laser é um processo de usinagem não convencional, no qual um laser é direcionado para a peça de trabalho para usinagem. Este processo usa energia térmica para remover metal de superfícies metálicas ou não metálicas.

O laser é a radiação eletromagnética. Produz luz monocromática que está na forma de um feixe quase colimado que pode ser focalizado opticamente em pontos muito pequenos com menos de 0,002 mm de diâmetro.

O "LASER ' palavra significa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Princípio de funcionamento da usinagem de feixe de laser

Vamos considerar que os átomos de um meio (por exemplo, um bastão de cristal de rubi) estão no estado fundamental. Quando um quantum de energia de uma fonte de luz cai neste meio, causa absorção de radiação pelos átomos do meio.

Isso resulta em um elétron dos átomos do meio saltando para o nível de energia superior.

Diz-se então que os átomos no nível de energia superior estão em um estado excitado. O átomo em um estado excitado imediatamente começa a cair espontaneamente para o estado metaestável (intermediário).

A partir do estado metaestável, o átomo emite um fóton aleatoriamente antes de cair para o nível de energia original. Essa radiação de fótons é conhecida como emissão espontânea, que é extremamente rápida.

No entanto, na presença da luz da frequência apropriada, a emissão estimulada ocorrerá no nível de energia superior, quando os átomos começarem a emitir e a reação em cadeia ocorrerá, fazendo com que mais emissões sejam emitidas e toda a avalanche seja despejada junto. Isso é chamado de ação de laser.

Leia também:Usinagem a Jato Abrasivo:Peças, Trabalho, Vantagens e Mais

Partes do Circuito Laser

A seguir estão as principais partes da usinagem de feixe de laser:

1. Um par de espelhos
2. Uma fonte de energia
3. Um amplificador óptico.

Este amplificador é chamado de laser . A estas peças básicas deve ser adicionado um sistema de controle e um sistema de refrigeração. A parte mais importante do aparelho de laser é o cristal do laser . O cristal de laser comumente usado é um Rubi artificial que consiste em óxido de alumínio no qual foi introduzido 0,05% de cromo.

As hastes de cristal são geralmente redondas e as superfícies das extremidades são refletidas por espelhos. O material do laser precisa de uma fonte de energia chamada bomba . Esta pode ser uma lâmpada de flash cheia de gás xenônio, argônio ou criptônio. A lâmpada é colocada perto do amplificador ou haste de cristal dentro de um cilindro altamente refletor que direciona a luz da lâmpada de flash para a haste para que o máximo de energia possível possa ser absorvido pelo material do laser.

Os átomos de cromo no rubi são assim excitados a altos níveis de energia. O átomo excitado emite energia (fótons) após retornar ao seu estado normal. Desta forma, energia muito alta é obtida em pulsos curtos. O bastão de rubi torna-se menos eficaz em altas temperaturas, por isso é resfriado continuamente com água, ar ou nitrogênio líquido.

Trabalho de usinagem de feixe de laser

Em operação, a peça a ser cortada é colocada sobre a mesa de trabalho de alumínio (que é resistente ao corte por raio laser).

A cabeça do laser é atravessada sobre a peça de trabalho e um operador inspeciona visualmente o corte enquanto ajusta manualmente o painel de controle.

O perfil real é obtido a partir de um mecanismo vinculado, feito para copiar o desenho mestre ou o perfil real, colocado em uma bancada próxima.

O laser em pulsos curtos tem uma potência de aproximadamente 10 kw 'cm da seção transversal do feixe.

Ao focalizar um feixe de laser em um ponto de 1/100 de um milímetro quadrado de tamanho, o feixe pode ser concentrado em um flash curto para uma densidade de potência de 100.000 kW/cm e energia de vários joules com duração de uma fração de minuto.

Para usinagem de pulsos curtos de, digamos, 100 joules de energia são necessários.

O laser pode, portanto, fornecer calor suficiente para derreter e vaporizar qualquer um dos materiais conhecidos.

O mecanismo pelo qual um feixe de laser remove o material da superfície que está sendo trabalhada inclui uma mistura de processos de fusão e evaporação.

No entanto, com alguns materiais, o mecanismo é a evaporação pura.

Taxa de usinagem

O laser pode ser usado tanto para corte como para furação. A taxa de remoção de material em LBM é comparativamente baixo e é da ordem de 4000 mm/h.

O corte é encontrado a partir da seguinte relação:

Onde,

P =Potência do laser incidente na superfície, W

E =Energia de vaporização do material, W/mm (mm²)

A =Área do feixe de laser no ponto focal, (mm²)

t1 =Espessura do material, mm

k =características constantes do material e a eficiência de conversão da energia do laser para o material, mm/min.

A energia aproximada E necessária para elevar um volume de metal até seu ponto de vaporização é dada por:

Onde,

Pg =Densidade do material, kg/m 3

Vg =Volume a ser evaporado, m 3

Cp =Calor específico, cal/kg K

θm =Ponto de fusão, K

θb =Ponto de Ebulição, K

θ0 =Temperatura ambiente, K

Lm =Calor latente de fusão, cal/kg

Lv =Calor latente de vaporização, cal/kg

np =Eficiência do processo

Precisão

Qual ​​é a precisão desse processo de usinagem?

• O laser é melhor usado para cortar e perfurar.
• Para obter os melhores resultados possíveis na perfuração, é imperativo que o material esteja localizado dentro de uma tolerância de +0,2 mm de um ponto focal.
• A precisão no corte de perfil com controle numérico ou traçador fotoelétrico é de cerca de +0,1 mm.

Aplicação de usinagem de feixe de laser

• Atualmente, o processo de usinagem a laser é adequado apenas em casos excepcionais, como usinagem de furos muito pequenos e corte de perfis complexos em materiais finos e duros, como cerâmica.
• Também é usado em corte parcial ou gravura.
• Outras aplicações incluem corte de metal de aço, blanking e corte de resistor.
• Embora o LBM não seja um processo de remoção de material em massa, é possível usar esse processo na produção de microusinagem em massa.

Vantagens da usinagem com feixe de laser

As principais vantagens da usinagem a laser incluem o seguinte:

1. Há contato direto entre a ferramenta e a peça de trabalho.
2. A usinagem de qualquer material, incluindo não-metal, é possível.
3. Perfuração e corte de áreas não facilmente acessíveis são possíveis.
4. A zona afetada pelo calor é pequena devido ao feixe colimado.
5. Orifícios extremamente pequenos podem ser usinados.
6. Não há desgaste da ferramenta.
7. Materiais macios como borracha e plásticos podem ser usinados.

Desvantagens da usinagem de feixe de laser

Uma das principais limitações do laser é que ele não pode ser usado para cortar metais que possuem alta condutividade térmica ou alta refletividade, por exemplo, Al, Cu e suas ligas. Além disso, o processo tem as seguintes desvantagens:

1. Sua eficiência geral é extremamente baixa (10 a 15%).
2. O processo é limitado a chapas finas.
3. Tem uma taxa de remoção de material muito baixa.
4. Os furos usinados não são redondos e retos.
5. O sistema a laser é bastante ineficiente, pois a vida útil da lâmpada lash é curta.
6. O custo é alto.

---

Conclusão:

Usinagem a laser é uma das melhores combinações convencionais, qualquer material sólido que pode ser fundido sem decomposição pode ser cortado com o feixe de laser. Então é isso, já discutimos tudo sobre este tema, mas ainda assim, se você tiver alguma dúvida ou pergunta, pode perguntar nos comentários.

E você também pode se juntar à nossa comunidade do Facebook para obter mais conhecimento de engenharia. Se você gostou deste artigo, compartilhe com seus amigos.

Assine nossa newsletter é grátis: