O que é corte a laser? – Funcionamento, Tipos e Aplicação

O corte a laser é um método de processamento não tradicional que usa um fluxo intensamente focado de luz coerente chamado laser para cortar o material. É um processo subtrativo em que o material é removido continuamente durante o processo de corte. Isso é realizado por vaporização, fusão, ablação química ou propagação controlada de trincas.

A óptica do laser é controlada digitalmente por CNC (Computer Numerical Control), tornando o processo adequado para fazer furos de até 5 mícrons. Além disso, o processo não cria tensões residuais no material, permitindo o corte de materiais delicados e frágeis.

Como funciona o corte a laser?

Uma máquina de corte a laser funciona de forma semelhante a uma máquina CNC, mas usa um laser de alta potência. O laser guiará o material ou feixe através do CNC e do equipamento óptico. A máquina usará o CNC, ou código G fornecido, para cortar o material e controlar o movimento.

Depois que o feixe de laser estiver focado, o material derreterá, vaporizará e queimará. Além disso, ao soprar o material com um jato de gás, você pode obter uma superfície de borda acabada de alta qualidade. A geração do feixe de laser ocorre em um recipiente fechado, onde uma lâmpada ou descarga elétrica estimula o material luminescente.

A amplificação do material luminescente ocorre após reflexão interna através de um espelho parcial. Esse fenômeno continua até que energia suficiente se acumule em um fluxo de luz monocromático coerente para permitir que ele escape. A intensidade da luz aumenta depois de focalizada na área de trabalho usando uma fibra ou espelho.

O diâmetro do feixe de laser está abaixo de 0,32 mm em sua borda mais fina. Por outro lado, a largura da incisão pode ser tão pequena quanto 0,10 mm. No entanto, isso depende da espessura do material. Se o material for cortado com um cortador a laser sem começar a partir da borda do material, é usado um processo de perfuração.

Tipos de corte a laser

Para corte, existem três tipos principais de lasers. Eles são CO2, Nd-YAG (granada de alumínio ítrio neodímio) e lasers de fibra. Eles diferem no material base usado para gerar o feixe de laser.

Lasers de dióxido de carbono

Este tipo de laser tem um meio de descarga de gás preenchido com 10-20% de dióxido de carbono, 10-20% de nitrogênio, traços de hidrogênio e xenônio e hélio. O bombeamento a laser é feito não por luz, mas por corrente de descarga.

À medida que a descarga passa pelo meio de iluminação, as moléculas de nitrogênio são excitadas para um nível de energia mais alto. Ao contrário do descrito anteriormente, essas moléculas de nitrogênio excitadas não perdem energia devido à emissão de fótons.

Em vez disso, transfere a energia de seus modos vibracionais para as moléculas de CO2. Esse processo continua até que a maioria das moléculas de CO2 esteja em um estado transferível. As moléculas de dióxido de carbono emitem então luz infravermelha a 10,6 µm ou 9,6 µm, levando-as a um nível de energia mais baixo.

Espelhos ressonantes são projetados para refletir os fótons emitidos nesses comprimentos de onda. Um espelho é um refletor parcial que permite a liberação do feixe infravermelho usado para cortar o material.

Depois de liberar a luz infravermelha, a molécula de CO2 retorna ao estado fundamental transferindo sua energia restante para os átomos de hélio dopados. Os átomos de hélio frios ficam muito quentes e são resfriados pelo sistema de resfriamento do laser. Os lasers de CO2 têm uma eficiência de cerca de 30%, superior a outros lasers.

Lasers de cristal (rubi, Nd e Nd-YAG)

Ao contrário dos lasers de CO2, este tipo de laser é um laser de estado sólido que usa cristais sintéticos como meio emissor de luz. O mais comum é um cristal YAG (Y3Al5O12) dopado com 1% de neodímio ionizado (Nd3+).

Os íons Nd neste cristal substituem os íons Y na estrutura cristalina. As hastes têm aproximadamente 10 cm de comprimento e 6 a 9 cm de diâmetro. As extremidades das hastes YAG são polidas e revestidas com um material altamente refletivo que serve como sistema ressonador.

Um flash de criptônio ou diodo laser atinge o bombeamento a laser. Este bombeamento de laser excita íons de neodímio para níveis de energia mais altos. Depois de algum tempo, os íons de neodímio excitados entram em um estado mais baixo e mais estável sem emitir fótons. Este processo continua até que o meio esteja cheio de íons Nd excitados. De seu estado degradado, o íon Nd emite luz infravermelha em um comprimento de onda de 1064 nm.

Lasers de fibra

Os lasers de fibra são uma forma mais recente de laser que emite luz usando fibras ópticas em vez de gases (lasers de CO2) ou cristais (lasers Nd-YAG). Por usar fibras ópticas, os lasers de fibra são lasers de estado sólido que funcionam de maneira semelhante aos lasers de cristal.

A fibra óptica é dopada com elementos como érbio e itérbio. Erbium produz luz na faixa de 1528 a 1620 nm. Por outro lado, o itérbio produz luz em 1030 nm, 1064 nm e 1080 nm.

Sabe-se que quando a luz passa através de uma fibra óptica, ela permanece no interior com perda mínima de energia. Isso torna as fibras ópticas mais estáveis ​​do que outros tipos que exigem alinhamento preciso.

Vantagens da máquina de corte a laser

Alta precisão e exatidão

Os lasers empregam um feixe de luz focado para cortar objetos com extrema precisão. O laser é poderoso e minúsculo, mas derrete e evapora o material com precisão incomparável. Na maioria das vezes, as tolerâncias do laser variam de 0,003 mm a 0,006 mm.

Os cortadores de plasma têm um nível de tolerância de cerca de 0,02 mm, que é maior do que o corte a laser. Da mesma forma, outras ferramentas de corte possuem níveis de tolerância entre 1 e 3 mm, ou até maiores. Suponha que uma máquina de alta precisão e exatidão seja necessária no processo de fabricação.

Nesse caso, a ferramenta preferida geralmente é um cortador a laser. Portanto, a indústria aeroespacial usa corte a laser, que exige níveis de tolerância rígidos.

Menor custo e mais acessível

O corte a laser tem uma vantagem econômica sobre outras máquinas CNC do mesmo calibre, o que é uma das vantagens da tecnologia a laser. As ferramentas personalizadas não são mais necessárias, graças à tecnologia de corte a laser. Você também não precisa modificar o equipamento para nenhum projeto porque não são necessárias ferramentas de corte adicionais.

Além disso, não há contato físico, portanto, não há desgaste na superfície. Como as máquinas de corte a laser têm poucas peças mecânicas, sua manutenção é mais barata do que outras tecnologias de processamento. O custo de operação da máquina também será menor em comparação com as ferramentas de fabricação tradicionais.

Para trabalhos de extrema complexidade

Muitas tarefas que podem ser muito complexas para outras tecnologias de corte se tornarão simples para máquinas de corte a laser; a tecnologia laser pode trabalhar nas bordas mais finas do material. Embora a área de corte possa estar ligeiramente distorcida ou torcida, você pode produzir geometrias complexas rapidamente com um cortador a laser. O corte a laser tem um amplo nível de tolerância e pode acomodar diversos materiais.

Alta utilização de chapas e menos desperdício

Quando você corta material com um cortador a laser, apenas uma quantidade muito pequena de material é desperdiçada. Isso faz com que o corte a laser se destaque de outras máquinas com uma porção significativa de material. Com um cortador a laser, os fabricantes podem maximizar o uso do material. À medida que os recursos são utilizados de forma mais eficiente, menos material é desperdiçado e os custos de produção são reduzidos.

Prevenção de danos

Outro benefício do corte a laser é evitar danos, mesmo nos materiais mais estreitos. Muitas pessoas tendem a acreditar na desinformação sobre a máquina, acreditando que distorções ou danos ao material são inevitáveis.

Esta premissa de crença popular de que o calor elevado é usado no processo de corte a laser. Você deve observar que o calor afeta apenas uma pequena área do material e não afeta as tolerâncias. O corte a laser de folhas é incrivelmente rápido, portanto, o tempo necessário para o corte é menor. Como resultado, os fabricantes podem facilmente evitar deformações e distorções.

Baixo consumo de energia

Ajudaria se você tivesse muito poder para conseguir um corte na vida real. No entanto, as máquinas de corte a laser não possuem outras partes móveis, o que reduz o consumo de energia. Em contrapartida, máquinas com partes móveis tendem a consumir mais energia. Além disso, os cortadores a laser cortam o material em um tempo muito rápido. Isso ajuda a economizar tempo e energia. Quando menos energia é consumida, o custo de operação também é reduzido.

Compatibilidade com diversos materiais

É interessante notar que esta máquina pode trabalhar em vários materiais. Além de cortar materiais, o corte a laser também ajuda em outros processos, como marcação, perfuração e gravação. Vale a pena notar que você não precisa trocar ou trocar de ferramentas para fazer todos esses trabalhos diferentes.

O corte a laser não se limita ao corte de metal. Outros materiais de corte a laser incluem madeira, alumínio, plástico, cobre e latão. O corte a laser é um processo versátil porque pode facilmente cortar quase todos os diferentes tipos de materiais.

Desvantagens da máquina de corte a laser

Embora o corte a laser tenha muitos benefícios, ele também tem algumas desvantagens que você deve conhecer. Discutiremos alguns deles a seguir.

O corte a laser de plásticos produz gases tóxicos e requer ventilação, o que pode ser uma tarefa cara.

O corte a laser eficaz também depende da espessura da peça, do material a ser cortado e do tipo de laser utilizado. Sem os devidos cuidados, o material cortado pode ser queimado e alguns metais podem descolorir, a menos que a intensidade correta do laser seja usada. Embora o corte a plasma ainda possa cortar chapas mais grossas do que o corte a laser, os avanços na tecnologia a laser significam que essa lacuna está diminuindo, embora os custos da máquina ainda sejam altos.

Por fim, embora seja um processo automatizado, o comissionamento e a manutenção exigem o envolvimento humano, e há risco de queimaduras graves se o operador entrar em contato com o laser.

Aplicação de corte a laser

Como dito anteriormente, o corte a laser é um setor empolgante que está sempre evoluindo.

Aqui estão alguns dos usos de corte a laser mais comuns hoje em dia.

Indústria automotiva

O corte a laser encontrou um lar na indústria automotiva devido à sua capacidade de reproduzir peças com relativa velocidade e precisão. A reprodução precisa de peças de várias formas e tamanhos é fundamental no setor automotivo. O corte a laser é usado para cortar metais e plásticos para formar partes da carroceria, componentes eletrônicos, tampas internas e botões para automóveis.

Além disso, as máquinas de corte a laser podem gravar botões em interiores automotivos para permitir que a luz brilhe e registrar números de série e de peça em peças fabricadas. Os moldes usados ​​para cortar peças diferentes também podem ser cortados com um laser.

O corte a laser é adequado para cortar peças hidroformadas. Normalmente são tubos resistentes que oferecem suporte para a construção do veículo. Normalmente, essas peças são usadas para criar quadros de motores ou painéis de instrumentos.

Indústria de moldes e ferramentas

Como observado anteriormente, o corte a laser pode ser utilizado para fazer moldes para peças duplicadas. Usando a capacidade do laser de cortar diferentes profundidades em metal, moldes extremamente precisos podem ser criados para peças estampadas que podem ser usadas de forma consistente por meio de um processo repetitivo de corte e vinco.

A duplicação de moldes com corte a laser também é um processo rápido e preciso.

Os moldes de injeção podem ser feitos com a mesma precisão dos moldes usando corte a laser.

Isso simplifica o processo de fabricação do molde e torna a reprodução precisa do molde um procedimento muito mais rápido e mais caro.

Na fabricação de ferramentas, os cortadores a laser podem ser usados ​​para marcação e gravação na indústria automotiva e para a fabricação de ferramentas manuais simples. A velocidade dos cortadores a laser pode até torná-los melhores do que o corte e vinco em metais fortes. Devido à versatilidade de uso do material, você pode até mesmo gravar a laser logotipos de empresas e informações de ferramentas nos cabos de borracha da maioria das ferramentas.

Indústria de joias

A precisão do corte a laser facilita o uso em processos de fabricação de joias. Por exemplo, imagine um relógio com muitas engrenagens pequenas. Os lasers são cortados com precisão para fazer engrenagens com menos desperdício e tempo de produção. Além disso, os recursos de gravação a laser permitem que as peças sejam marcadas durante o processo de fabricação.

Como os lasers podem cortar formas e espessuras precisas, o corte a laser também pode ser usado para fazer joias. A criação de um anel ou pulseira de largura, profundidade e diâmetro precisos pode ser facilmente realizada com um laser. Os lasers também podem gravar desenhos e inscrições em superfícies internas ou externas.

Fabricação de dispositivos médicos

As vantagens mais significativas do corte a laser na indústria médica são a cirurgia a laser e a fabricação de produtos médicos.

A cirurgia a laser permite que os cirurgiões façam cortes precisos e os pacientes se curem mais rapidamente. As peças cortadas a laser são usadas para fabricar dispositivos médicos que melhoram a qualidade de vida dos pacientes. Por exemplo, stents, armações de válvulas, clipes vasculares, dobradiças ósseas, hastes flexíveis e alargadores são todos feitos de peças cortadas a laser.

Fabricação de cerâmica

As cerâmicas têm várias qualidades que permitem aos engenheiros empregá-las em várias aplicações. Sua baixa condutividade elétrica e térmica os tornam excelentes isolantes. Eles não reagem com outros produtos químicos, têm um alto ponto de fusão e são extremamente duráveis.

Os lasers são frequentemente usados ​​para cortar cerâmica porque reduzem o tempo de processamento sem sacrificar a qualidade da borda. Motores a jato de aeronaves, motores elétricos, alto-falantes, fones de ouvido, geradores de usinas, panelas de arroz e até lâmpadas incandescentes têm peças de cerâmica.

Fabricação de Silício

Outro material que pode se beneficiar do corte a laser é o silício, que possui muitas aplicações. O corte de precisão permite que os engenheiros produzam peças de silício menores do que aquelas feitas usando outros métodos de corte.

O silício é resistente a altas temperaturas e envelhecimento e é fácil de trabalhar. As aplicações típicas do silício são encontradas em computadores, eletrônicos, têxteis, produtos domésticos, automóveis e construção.

Conclusão

A introdução do corte a laser trouxe benefícios valiosos para a indústria manufatureira. A máquina ajuda a cortar muitos materiais em um período, economizando tempo e reduzindo os custos operacionais. Compreender os prós e contras do corte a laser ajudará você a fazer a melhor escolha para o seu projeto.