Usinagem por Feixe de Laser: Guia Completo sobre Definição, Componentes, Princípios, Vantagens e Aplicações

Neste artigo, abordaremos o que é Usinagem por Feixe de Laser e seus subtópicos como definição, peças ou construção, princípio de funcionamento, vantagens, desvantagens e aplicações em detalhes.

LASER: Significa Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação.

Os diferentes tipos de laser são estado sólido, gás e semicondutor. Em lasers de alta potência necessários para usinagem e soldagem, lasers de estado sólido são utilizados.

Estudaremos em profundidade. Vamos começar com a definição:

Definição de Usinagem por Feixe de Laser:

A usinagem por feixe de laser é um processo de usinagem não convencional no qual a peça é furada pelo processo de usinagem a laser. Para remover o material da peça, utiliza-se energia térmica.

Agora passamos à construção ou peças principais:

Peças ou Construção da Usinagem por Feixe de Laser:

A usinagem a laser consiste nas seguintes peças principais:

• Fonte de Alimentação
• Capacitor
• Lâmpadas de Flash
• Espelho Refletor
• Feixe de Luz Laser
• Cristal de Rubi
• Lente
• Peça de Trabalho

Fonte de Alimentação:

A corrente elétrica ou energia é fornecida ao sistema. Um sistema de alta tensão é usado na usinagem por feixe de laser. Ele fornece energia inicial ao sistema, após o que a reação começa no laser que usinará o material. Há um fornecimento de alta tensão para que pulsos possam ser iniciados facilmente.

Capacitor:

Durante a maior parte do ciclo, um banco de capacitores carrega e libera energia durante o processo de flash. O capacitor é usado no modo pulsado para carregamento e descarregamento.

Lâmpadas de Flash:

É uma lâmpada de arco elétrico usada para produzir luz branca extremamente intensa, que é um feixe coerente de alta intensidade. É preenchida com gases que se ionizam para formar grande energia que derreterá e vaporizará o material da peça de trabalho.

Espelho Refletor:

Os espelhos refletores são de dois tipos principais: interno e externo. Espelhos internos, também chamados de ressonador, são usados para gerar, manter e amplificar o feixe de laser. É usado para direcionar o feixe de laser em direção à peça de trabalho.

Feixe de Luz Laser:

É o feixe de radiação produzido pelo laser através do processo de amplificação óptica baseada na coerência da luz criada pelo bombardeio do material ativo.

Cristal de Rubi:

O laser de rubi produz uma série de pulsos coerentes de cor vermelha profunda. Alcança isso pelo conceito de inversão de população. É um laser de estado sólido de três níveis.

Lente:

Lentes são usadas para focalizar o feixe de laser na peça de trabalho. Primeiro, a luz laser entra na lente expansora e depois na lente colimadora, que torna os raios de luz paralelos; a lente expansora expande os feixes de laser ao tamanho desejado.

Peça de Trabalho:

A peça pode ser metálica ou não metálica. Neste processo de usinagem, qualquer material pode ser usinado.

Princípio de Funcionamento da Usinagem por Feixe de Laser:

A usinagem a laser baseia-se no LASER e na conversão ou processo de Energia Elétrica em Energia Luminosa e em Energia Térmica.

Elétrons carregados negativamente no modelo atômico giram ao redor do núcleo carregado positivamente em caminhos orbitais. Depende do número de elétrons, estrutura eletrônica, átomos vizinhos e campo eletromagnético.

Cada orbital de elétrons está associado a diferentes níveis de energia. Um átomo é considerado no estado fundamental a temperatura zero absoluta, onde todos os elétrons ocupam sua menor energia potencial.

Os elétrons no estado fundamental movem-se para um estado de energia superior absorvendo energia, como um aumento na vibração eletrônica a temperaturas elevadas.

Alta tensão é aplicada nas extremidades, levando à descarga e formação de plasma de gás. Inversão de população e ação de laser ocorrem devido à transformação de energia.

O laser tem um refletor 100% e outro refletor parcial. O refletor 100% direciona os fótons dentro do tubo de gás e o refletor parcial permite apenas parte do feixe de laser que será usado para o processamento de materiais.

O feixe de laser produzido é focalizado na peça que deve ser usinada. Quando o laser atinge a peça, a energia térmica incide sobre ela.

Isso aquece, derrete, vaporiza e, finalmente, o material é removido da peça. Portanto, a usinagem a laser é um processo de remoção de material térmico que usa um feixe coerente de luz para usinar a peça com muita precisão.

No processo de usinagem a laser, a TXM (Taxa de Remoção de Material) depende do comprimento de onda usado, pois isso decide a quantidade de energia incidente sobre ela.

Vídeos de Funcionamento da Usinagem por Feixe de Laser:

Aplicações da Usinagem por Feixe de Laser:

Usos ou aplicações da usinagem por feixe de laser são:

• Usinagem a laser é usada para fazer furos muito pequenos, soldagem de materiais não condutivos e refratários.
• É mais adequada para materiais quebradiços com baixa condutividade e cerâmica, tecido e madeira.
• Usinagem a laser também é usada em cirurgia, operações de microfuração.
• Ciência espectroscópica e fotografia em ciências médicas.
• Também é usada em produção em massa de macro usinagem.
• Corte de perfis complexos para materiais finos e duros.
• Usada para fazer furos minúsculos. Exemplo: bicos de mamadeira.

Vantagens da Usinagem por Feixe de Laser:

As seguintes vantagens da usinagem por feixe de laser são:

• Na usinagem por feixe de laser, qualquer material, incluindo não metais, pode ser usinado.
• Furos extremamente pequenos com boa precisão podem ser usinados.
• A taxa de desgaste da ferramenta é muito baixa.
• Não há força mecânica na peça.
• Materiais macios como plástico, borracha podem ser usinados facilmente.
• É uma máquina muito flexível e facilmente automatizada.
• A zona afetada pelo calor é muito pequena.
• Usinagem a laser proporciona um acabamento superficial muito bom.
• Materiais tratados termicamente e magnéticos podem ser soldados, sem perder suas propriedades.
• A localização precisa pode ser garantida na peça de trabalho.

Desvantagens da Usinagem por Feixe de Laser:

Desvantagens da usinagem por feixe de laser são:

• Usinagem a laser não pode produzir furos cegos nem furar furos muito profundos.
• Os furos usinados não são redondos e retos.
• O custo de capital e manutenção é alto.
• Há problemas com riscos de segurança.
• A eficiência geral da usinagem por feixe de laser é baixa.
• É limitada a chapas finas.
• A taxa de remoção de metal também é baixa.
• A vida útil da lâmpada de flash é curta.
• Há uma quantidade limitada de remoção de metal durante o processo.