1. Princípio e classificação do corte a laser

● Princípio do corte a laser

O corte a laser usa um feixe focado de alta densidade de potência para trabalhar, de modo que o material irradiado seja rapidamente derretido, vaporizado, ablacionado ou inflamado, e o material fundido seja soprado por um fluxo de ar de alta velocidade coaxial com o feixe, cortando assim a peça de trabalho.

Quando o feixe de laser interage com o material, ocorrem vários processos. O calor intenso gerado pelo feixe de laser eleva rapidamente a temperatura do material, fazendo com que ele derreta, vaporize ou sofra uma reação química. A interação específica depende das propriedades do material, como seu coeficiente de absorção e ponto de fusão, bem como dos parâmetros do laser, como densidade de potência e duração do pulso.

Para materiais com pontos de fusão baixos, como plásticos, o feixe de laser pode derreter o material à medida que o corta. O material fundido é então soprado por um jato de gás, criando um corte (a largura do corte). No caso de materiais com pontos de fusão mais altos, como metais, o feixe de laser vaporiza o material diretamente, criando um corte estreito e preciso.

A assistência a gás é comumente usada em cortes a laser para aprimorar o processo de corte. Um gás, como oxigênio ou nitrogênio, é injetado através do bico da cabeça de corte sobre a superfície do material. O gás ajuda a remover o material fundido ou vaporizado da zona de corte, resfria o material e previne a formação de rebarbas ou escória. A escolha do gás depende do material a ser cortado e da qualidade de corte desejada.

A largura do corte, ou largura do corte, é determinada por diversos fatores, incluindo a potência do laser, o tamanho do ponto focal, a espessura do material e a velocidade de corte. A largura do corte pode ser controlada ajustando esses parâmetros para atingir a precisão de corte desejada. Além disso, o corte a laser pode resultar em um fenômeno chamado afunilamento, em que o corte apresenta um formato levemente cônico. O ângulo de afunilamento depende das propriedades do material e dos parâmetros do laser e pode ser minimizado pela otimização das condições de corte.

● Noções básicas sobre laser:

Um laser (Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação) é um dispositivo que produz um feixe concentrado de luz coerente. Ele consiste em três componentes principais: um meio ativo, uma fonte de energia e um ressonador óptico. O meio ativo, que pode ser sólido, líquido ou gasoso, emite fótons quando energizado pela fonte de energia. O ressonador óptico reflete os fótons para frente e para trás através do meio ativo, amplificando e alinhando as ondas de luz. Esse processo leva à formação de um feixe de laser potente e coerente.

● Corte a laser classificação

Existem vários tipos de lasers utilizados em máquinas de corte a laser, incluindo lasers de CO2, lasers Nd:YAG e lasers de fibra. Os lasers de CO2 são os mais comuns e utilizam uma mistura de dióxido de carbono, nitrogênio e hélio como meio ativo. Os lasers Nd:YAG utilizam um cristal de estado sólido, como granada de ítrio e alumínio dopada com neodímio, como meio ativo. Os lasers de fibra, por outro lado, utilizam uma fibra óptica dopada com elementos de terras raras como meio ativo. Cada tipo de laser possui propriedades únicas e é adequado para aplicações de corte específicas.

1) Lasers de CO2

Comumente usado para cortar materiais não metálicos, como madeira, plástico, vidro e tecidos. Também pode cortar metais como aço carbono, aço inoxidável e alumínio com a configuração correta.

2) Corte por vaporização a laser

A peça de trabalho é aquecida por um feixe de laser de alta densidade energética, a temperatura aumenta rapidamente, o ponto de ebulição do material é atingido em um tempo muito curto e o material começa a vaporizar, formando vapor. Esses vapores são ejetados em alta velocidade, e uma fenda é formada no material durante a ejeção. O calor de vaporização do material é geralmente alto, portanto, uma grande potência e densidade de potência são necessárias para o corte por gaseificação a laser.

O corte por vaporização a laser é frequentemente usado para cortar materiais metálicos e não metálicos muito finos.

3) Corte por fusão a laser

Quando o laser é derretido e cortado, o material metálico é derretido por aquecimento a laser e, em seguida, o gás não oxidante é pulverizado através de um bico coaxial com o feixe de luz, e o metal líquido é descarregado pela forte pressão do gás, formando uma fenda. A fusão e o corte a laser não precisam vaporizar completamente o metal, e a energia necessária é de apenas 1/10 da energia do corte por vaporização.

O corte a laser é usado principalmente para cortar alguns materiais não oxidáveis ou metais ativos.

4) Corte a laser de oxigênio

O princípio do corte a laser com oxigênio é semelhante ao do corte com oxiacetileno. Ele utiliza um laser como fonte de calor de pré-aquecimento e um gás ativo, como o oxigênio, como gás de corte. Por um lado, o gás injetado atua sobre o metal de corte, causando uma reação de oxidação que libera uma grande quantidade de calor de oxidação; por outro lado, o óxido fundido e a massa fundida são expelidos da zona de reação, formando uma fenda no metal.

Como a reação de oxidação durante o processo de corte gera uma grande quantidade de calor, a energia necessária para o corte por oxidação a laser é apenas 1/2 do corte por fusão, e a velocidade de corte é muito maior do que o corte por vaporização a laser e o corte por fusão.

O corte a laser de oxigênio é usado principalmente para aço carbono, aço titânio e materiais metálicos tratados termicamente, como tratamento térmico.

5) Corte a laser e controle de fratura

O corte a laser consiste em escanear a superfície do material quebradiço com um laser de alta densidade energética, de modo que o material seja evaporado em uma pequena ranhura pelo calor. Em seguida, uma certa pressão é aplicada, e o material quebradiço é rachado na pequena ranhura. Os lasers para gravação a laser são geralmente lasers Q-switched e lasers de CO2.

O controle da fratura é feito por uma distribuição acentuada de temperatura gerada pela gravação a laser, que gera estresse térmico local no material quebradiço, causando a descontinuação do material.

●Processo de corte a laser

O processo de corte a laser envolve várias etapas. Primeiramente, o feixe de laser é gerado pela fonte de laser e guiado através de uma série de espelhos e lentes até a cabeça de corte. A cabeça de corte contém óptica de foco que concentra o feixe de laser em um pequeno ponto. O feixe de laser focado é então direcionado ao material a ser cortado.

2. Recursos de corte a laser

● Vantagem

1) Boa qualidade de corte

O corte a laser pode alcançar melhor qualidade de corte devido ao pequeno ponto do laser, alta densidade de energia e alta velocidade de corte.

2) Alta eficiência de corte

Devido às características de transmissão do laser, a máquina de corte a laser é geralmente equipada com múltiplas mesas de trabalho de controle numérico, e todo o processo de corte pode ser controlado numericamente. Durante a operação, basta alterar o programa NC para aplicar o corte em diferentes formatos de peças, realizar cortes bidimensionais e tridimensionais.

3) Velocidade de corte rápida

O corte a laser não requer materiais de fixação, o que economiza acessórios e tempo auxiliar para carga e descarga.

4) Corte sem contato

Não há contato entre a tocha e a peça durante o corte a laser, e não há desgaste da ferramenta. Para usinar peças de diferentes formatos, não há necessidade de trocar a "ferramenta", bastando alterar os parâmetros de saída do laser. O processo de corte a laser apresenta baixo ruído, baixa vibração e ausência de poluição.

● Desvantagem

Corte a laser Devido à limitação da potência do laser e do volume do equipamento, o corte a laser só pode cortar chapas e tubos de espessura média e pequena, e a velocidade de corte diminui significativamente à medida que a espessura da peça de trabalho aumenta.

Equipamentos de corte a laser são caros e exigem um investimento único.