O que é usinagem a laser? - Tipos e funcionamento

O que é usinagem de feixe de laser?

A usinagem por feixe de laser (LBM) é uma forma de usinagem que usa calor direcionado de um feixe de laser. Este processo usa energia térmica para remover material de superfícies metálicas ou não metálicas. A alta frequência da luz monocromática cairá na superfície, então o aquecimento, a fusão e a vaporização do material ocorrerão devido à colisão de fótons.

A usinagem por feixe de laser é mais adequada para materiais frágeis com baixa condutividade, mas pode ser usada na maioria dos materiais.

A usinagem por feixe de laser pode ser feita em vidro sem derreter a superfície. Com o vidro fotossensível, o laser altera a estrutura química do vidro, permitindo que ele seja gravado seletivamente. O vidro também é conhecido como vidro foto-usinável.

A vantagem do vidro foto-usinável é que ele pode produzir paredes verticais com precisão e o vidro nativo é adequado para muitas aplicações biológicas, como substratos para análise genética.

Definição de usinagem de feixe de laser

A usinagem por feixe de laser é um método de usinagem não convencional em que a operação é realizada por luz laser. A luz do laser atinge a temperatura máxima na peça de trabalho; devido à alta temperatura, a peça de trabalho derrete. O processo usou energia térmica para remover material de uma superfície metálica.

Tipos de lasers

Existem muitos tipos diferentes de lasers, incluindo gás, lasers de estado sólido e excimer.

Alguns dos gases mais comumente usados ​​consistem em; Laser de He-Ne, Ar e Dióxido de Carbono.

Lasers de estado sólido são projetados dopando um elemento raro em vários materiais hospedeiros. Ao contrário dos lasers de gás, os lasers de estado sólido são bombeados opticamente por lâmpadas de flash ou lâmpadas de arco. Ruby é um dos materiais hospedeiros mais usados ​​neste tipo de laser.

Um laser de rubi é um tipo de laser de estado sólido cujo meio de laser é um cristal de rubi sintético. O bastão de rubi sintético é bombeado opticamente usando um tubo de flash de xenônio antes de ser usado como um meio de laser ativo.

YAG é uma abreviatura para granada de alumínio de ítrio, que são cristais usados ​​para lasers de estado sólido, enquanto Nd:YAG refere-se a cristais de granada de alumínio de ítrio dopado com neodímio que são usados ​​nos lasers de estado sólido como mediador do laser.

Os lasers YAG emitem um comprimento de onda de ondas de luz com alta energia. Nd:o vidro é um meio de ganho dopado com neodímio feito de materiais de silicato ou fosfato que são usados ​​em um laser de fibra.

Partes da usinagem de feixe de laser

1. Fonte de alimentação

Uma alta tensão é necessária para o Laser. A energia é fornecida ao sistema para sair do elétron. Quando a energia é fornecida, o elétron fica em um estado excitado, o que significa que está pronto para trabalhar.

2. Lâmpadas Flash

As lâmpadas de flash são usadas para fornecer luz branca e coerente por um período muito curto.

3. Capacitor

Em geral, conhecemos o trabalho do capacitor, ele é usado para armazenar e liberar a carga. Aqui é usado durante o processo de piscar.

4. Espelho Refletor

Um espelho refletor é usado aqui para refletir a luz diretamente na peça de trabalho. É de dois tipos interno e externo.

5. Lente

As lentes são fornecidas aqui para fins de visão. Ele mostra a imagem em um tamanho maior para que seja fácil realizar uma operação na marca da peça de trabalho.

6. Peça de trabalho

A peça de trabalho é como o objeto no qual a operação deve ser realizada. Por exemplo, se o corpo precisasse de qualquer operação a laser, então nós somos a peça de trabalho para esta máquina, assim como fabricar os objetos que precisam ser perfurados ou perfurados a máquina a laser realizou a operação.

Princípio de funcionamento da usinagem de feixe de laser

Nesse processo, o Laser Beam é chamado de luz monocromática, que é feita para focar a peça a ser usinada por uma lente para dar densidade de energia extremamente alta para derreter e vaporizar qualquer material.

O Cristal Laser (Rubi) tem a forma de um cilindro como mostrado na figura acima ou Diagrama com extremidades refletoras planas que são colocadas em uma bobina de lâmpada de flash de cerca de 1000W.

O Flash é simulado com a luz branca de alta intensidade do Xenon. O cristal fica excitado e emite o feixe de laser que é focado na peça de trabalho usando a lente.

O feixe produzido é extremamente estreito e pode ser focalizado em uma área pontual com uma densidade de potência de 1000 kW/cm2. O que produz alto calor e a porção do metal é derretida e vaporizada.

Aplicações de usinagem por feixe de laser

Os lasers podem ser usados ​​para soldagem, revestimento, marcação, tratamento de superfície, perfuração e corte, entre outros processos de fabricação. É usado nas indústrias automobilística, naval, aeroespacial, siderúrgica, eletrônica e médica para a usinagem de precisão de peças complexas.

A soldagem a laser é vantajosa, pois pode soldar em velocidades de até 100 mm/s, bem como a capacidade de soldar metais diferentes. O revestimento a laser é usado para revestir peças baratas ou fracas com material mais duro para melhorar a qualidade da superfície. A furação e o corte com laser são vantajosos, pois há pouco ou nenhum desgaste na ferramenta de corte, pois não há contato para causar danos.

O fresamento com laser é um processo tridimensional que requer dois lasers, mas reduz drasticamente os custos de usinagem de peças. Os lasers podem ser usados ​​para alterar as propriedades da superfície de uma peça de trabalho.

A aplicação da usinagem por feixe de laser varia de acordo com a indústria. Na fabricação leve, a máquina é usada para gravar e perfurar outros metais. Na indústria eletrônica, a usinagem por feixe de laser é usada para circuitos de decapagem e decapagem de fios. Na indústria médica, é usado para cirurgia estética e depilação.

Vantagens da usinagem a laser

• Como os raios de um feixe de laser são monocromáticos e paralelos (ou seja, zero etendue), ele pode ser focado em um pequeno diâmetro e pode produzir até 100 MW de potência por um milímetro quadrado de área.
• A usinagem a laser tem a capacidade de gravar ou cortar quase todos os materiais, onde os métodos tradicionais de corte podem ficar aquém.
• Existem vários tipos de lasers, e cada um tem usos diferentes.
• O custo de manutenção dos lasers é moderadamente baixo devido à baixa taxa de desgaste, pois não há contato físico entre a ferramenta e a peça de trabalho.
• A usinagem fornecida por feixes de laser é de alta precisão e a maioria desses processos não requer acabamento adicional.
• Os feixes de laser podem ser combinados com gases para ajudar o processo de corte a ser mais eficiente, ajudar a minimizar a oxidação das superfícies e/ou manter a superfície da peça livre de material derretido ou vaporizado.

Desvantagens da usinagem a laser

• O custo inicial de aquisição de um feixe de laser é moderadamente alto. Existem muitos acessórios que auxiliam no processo de usinagem e, como a maioria desses acessórios é tão importante quanto o próprio feixe de laser, o custo inicial da usinagem aumenta ainda mais.
• Manusear e manter a usinagem requer pessoas altamente treinadas. A operação do feixe de laser é comparativamente técnica, e os serviços de um especialista podem ser necessários.
• Os feixes de laser não são projetados para produzir processos de metal em massa.
• A usinagem a laser consome muita energia.
• Cortes profundos são difíceis com peças com alto ponto de fusão e geralmente causam afunilamento.

Perguntas frequentes.

O que é usinagem de feixe de laser?

A usinagem por feixe de laser (LBM) é uma forma de usinagem que usa calor direcionado de um feixe de laser. Este processo usa energia térmica para remover material de superfícies metálicas ou não metálicas.

Qual ​​é a vantagem da usinagem a laser?

As principais vantagens da usinagem a laser são a facilidade de automação para padrões de corte complexos, ausência de desgaste e quebra da ferramenta, capacidade de cortar em ângulos rasos e taxas de corte rápidas. Por se tratar de um processo sem contato, a transferência de energia entre o laser e o material ocorre por meio de irradiação.

Qual ​​laser é usado na usinagem de feixe de laser?

Tipos de lasers usados ​​para usinagem de feixe de laser:Lasers de gás, como CO2 e lasers excimer, juntamente com lasers de estado sólido, como lasers Nd:YAG e YAG e lasers de femtossegundos, são alguns dos lasers mais populares.

Qual ​​é o princípio da usinagem de feixe de laser?

Concentra-se na peça de trabalho para mecanizar este feixe de laser produzido. Quando o feixe de laser atinge as superfícies do W/P, a energia térmica do feixe de laser é transferida para as superfícies do W/P. Ele aquece, derrete, evapora e, eventualmente, torna o material uma peça de trabalho.

Quais são as características do feixe de laser?

No Capítulo 1 foi afirmado que as propriedades mais características dos feixes de laser são (i) monocromaticidade, (ii) coerência (espacial e temporal), (iii) direcionalidade, (iv) brilho.

Qual ​​material de laser é usado no processo LBM?

Existem vários tipos de laser desenvolvidos na categoria de estado sólido em que o Nd:YAG é usado principalmente para aplicações LBM. Lasers de estado sólido como Nd:YAG, rubi e Nd-vidro são muito utilizados para usinagem de materiais metálicos. Os lasers Nd:YAG também podem ser usados ​​para materiais cerâmicos.

O que é fabricação a laser?

A fabricação baseada em laser é atualmente aplicada em muitas indústrias diferentes para processar diferentes tipos de materiais, de cerâmica a polímeros e até metais. Os avanços na tecnologia a laser permitiram o processamento a laser de praticamente qualquer material com precisão e eficiência sem precedentes.

A usinagem com feixe de laser requer vácuo durante toda a operação?

Explicação:A usinagem a laser é mais versátil e pode ser usada tanto para metais quanto para não metais. Não requer um ambiente de vácuo. Explicação:No processo de usinagem por feixe de laser, as zonas afetadas pelo calor têm uma área menor em comparação com outros processos de usinagem não convencionais.

Quais são os tipos de laser?

Com base em seu meio de ganho, os lasers são classificados em cinco tipos principais:

• Lasers a gás.
• Lasers de estado sólido.
• Lasers de fibra.
• Lasers líquidos (lasers de corante)
• Lasers semicondutores (diodos de laser)

Quais são as principais propriedades e aplicações dos feixes de laser?

Um laser é um dispositivo que projeta um feixe estreito de luz altamente concentrado que é amplificado usando radiação estimulada. Os lasers têm três propriedades:coerência, colimação e propriedades monocromáticas. Essas três propriedades dos lasers produzem um pequeno ponto focal de intensa potência.

Quais materiais podem ser usinados usando um feixe de laser?

A usinagem por feixe de laser é independente da natureza eletricamente condutora da peça de trabalho. Pode usinar uma ampla gama de materiais, de plásticos a diamantes. A usinagem por feixe de laser fornece uma ampla gama de técnicas de processamento de materiais que vão desde perfuração, corte, ranhura, riscagem, marcação, limpeza e torneamento, etc.

Por que a usinagem a laser não pode ser usada para furos maiores?

A radiação laser que excede uma certa densidade de potência produz fusão e vaporização do material e ejeção de partículas sólidas. Com o aumento do diâmetro e profundidade do furo, as partículas sólidas ejetadas derretem e se depositam nas paredes e no fundo dos furos, portanto, não são adequadas para furação profunda.

Como é o custo operacional das máquinas usadas na usinagem de raio laser?

A usinagem é muito rápida e os tempos de setup são econômicos na usinagem a laser.

Como é o custo operacional das máquinas usadas na usinagem por feixe de laser?

O custo operacional das máquinas em LBM é baixo, mas o custo do equipamento em si é de alto custo.

O que a tecnologia a laser faz?

Dispositivos a laser usam luz para armazenar, transferir ou imprimir imagens e texto; eles também são usados ​​em uma ampla gama de outras aplicações, incluindo cirurgia e armamento. A radiação coerente do laser confere-lhe uma força especial.

O que é inversão de população na usinagem de feixe de laser?

• Para a ação do laser, a população de átomos no. estado de energia mais alto deve ser aumentado. O processo de aumentar a população de maior nível de energia, ou seja, fazer N2> N1 é chamado de inversão populacional.
• O método de alcançar a inversão populacional é. chamado bombeamento.

Quais são as aplicações da usinagem a laser?

Formulários. Os lasers podem ser usados ​​para soldagem, revestimento, marcação, tratamento de superfície, perfuração e corte, entre outros processos de fabricação. É usado nas indústrias automobilística, naval, aeroespacial, siderúrgica, eletrônica e médica para a usinagem de precisão de peças complexas.

O feixe de elétrons é usado na usinagem de feixe de laser?

Um feixe de elétrons focados de alta intensidade é usado para fornecer calor para a remoção do material. Um feixe de laser de alta intensidade (fótons coerentes) é usado para fornecer calor para a remoção do material.

Quem inventou o raio laser?

Theodore Maiman dos Laboratórios de Pesquisa Hughes, com o primeiro laser em funcionamento. Theodore Maiman desenvolveu o primeiro laser funcional no Hughes Research Lab em 1960, e seu artigo descrevendo a operação do primeiro laser foi publicado na Nature três meses depois.

O que é um laser de Classe 3?

Os lasers de classe 3 são lasers de potência média ou sistemas de laser que requerem medidas de controle para evitar a visualização do feixe direto. As medidas de controle enfatizam a prevenção da exposição do olho ao feixe refletido primário ou especular.

O LBM é uma limitação?

O LBM é aplicável apenas para seções finas e onde uma pequena quantidade de material é removida. O controle do tamanho do furo é difícil. Os furos perfurados podem ter uma leve formação de conicidade, portanto, não são adequados para furos grandes.

Quando o raio laser foi inventado?

Dezembro de 1958:Invenção do Laser. De vez em quando, ocorre um avanço científico que tem um impacto revolucionário na vida cotidiana. Um exemplo disso é a invenção do laser, que significa amplificação da luz por emissão estimulada de radiação.

Os lasers podem cortar metal?

Os lasers podem cortar muitos materiais e normalmente são usados ​​em alguns tipos selecionados de metal - em particular, aço carbono, aço macio, aço inoxidável, ligas de aço e alumínio.