CORTE DO LASER

Corte a laseré uma tecnologia que utilizalaserpara vaporizar materiais, resultando em uma borda cortada.Embora normalmente usado para aplicações de fabricação industrial, agora é usado por escolas, pequenas empresas, arquitetura e hobbyistas.Lasercortefunciona direcionando a saída de um laser de alta potência, mais comumente através da óptica.Oóptica a lasereCNC(controle numérico computadorizado) são usados ​​para direcionar o feixe de laser para o material.Um laser comercial para corte de materiais utiliza um sistema de controle de movimento para seguir um CNC ouCódigo Gdo padrão a ser cortado no material.O feixe de laser focado é direcionado ao material, que então derrete, queima, vaporiza ou é expelido por um jato de gás, deixando uma borda com acabamento superficial de alta qualidade.

História

Em 1965, a primeira máquina de corte a laser de produção foi usada parafurarburacos emdiamante morre.Esta máquina foi fabricada pelaCentro de pesquisa de engenharia elétrica ocidental.Em 1967, os britânicos foram os pioneiros no corte a jato de oxigênio assistido por laser para metais.No início da década de 1970, esta tecnologia foi colocada em produção para cortar titânio para aplicações aeroespaciais.Ao mesmo tempo, CO₂lasers foram adaptados para cortar não metais, comotêxteis, porque, na época, CO₂lasers não eram poderosos o suficiente para superar ocondutividade térmicade metais.

Processo

O feixe de laser geralmente é focado com lentes de alta qualidade na zona de trabalho.Oqualidade do feixetem um impacto direto no tamanho do ponto focado.A parte mais estreita do feixe focalizado tem geralmente menos de 0,0125 polegadas (0,32 mm) de diâmetro.Dependendo da espessura do material,cortelarguras tão pequenas quanto 0,004 polegadas (0,10 mm) são possíveis. Para poder começar a cortar de outro lugar que não a borda, é feita uma perfuração antes de cada corte.A perfuração geralmente envolve um feixe de laser pulsado de alta potência que lentamente faz um furo no material, levando cerca de 5 a 15 segundos para perfurações de 13 mm de espessura.aço inoxidável, por exemplo.

Os raios paralelos de luz coerente da fonte de laser geralmente ficam na faixa entre 0,06–0,08 polegadas (1,5–2,0 mm) de diâmetro.Este feixe é normalmente focado e intensificado por uma lente ou espelho até um ponto muito pequeno de cerca de 0,001 polegadas (0,025 mm) para criar um feixe de laser muito intenso.Para obter o acabamento mais suave possível durante o corte de contorno, a direção do feixepolarizaçãodeve ser girado à medida que circunda a periferia de uma peça contornada.Para corte de chapa metálica, a distância focal é geralmente de 38 a 76 mm (1,5–3 polegadas).

Vantagens do corte a lasercorte mecânicoincluem fácil fixação do trabalho e redução da contaminação da peça (uma vez que não há aresta de corte que possa ser contaminada pelo material ou contaminar o material).A precisão pode ser melhor, pois o feixe de laser não se desgasta durante o processo.Há também uma chance reduzida de deformar o material que está sendo cortado, pois os sistemas a laser têm um pequenozona afetada pelo calor.Alguns materiais também são muito difíceis ou impossíveis de cortar por meios mais tradicionais.

O corte a laser de metais tem a vantagem sobre o corte a plasma de ser mais preciso e utilizar menos energia no corte de chapas metálicas;entretanto, a maioria dos lasers industriais não consegue cortar a maior espessura do metal que o plasma consegue.As máquinas a laser mais recentes operando com potência mais alta (6.000 watts, em contraste com as classificações de 1.500 watts das primeiras máquinas de corte a laser) estão se aproximando das máquinas de plasma em sua capacidade de cortar materiais espessos, mas o custo de capital dessas máquinas é muito maior do que o de máquinas de corte a plasma capazes de cortar materiais espessos como chapas de aço.

Tipos

Existem três tipos principais de lasers usados ​​no corte a laser.OCO2laseré adequado para corte, mandrilamento e gravação.Oneodímio(Nd) e neodímioítrio-alumínio-granada(Nd:YAG) os lasers são idênticos em estilo e diferem apenas na aplicação.Nd é usado para mandrilamento e onde é necessária alta energia, mas baixa repetição.O laser Nd:YAG é usado onde é necessária potência muito alta e para mandrilamento e gravação.Ambos CO2e lasers Nd/Nd:YAG podem ser usados ​​paraSoldagem.

CO2os lasers são comumente "bombeados" pela passagem de uma corrente através da mistura de gases (excitados por DC) ou usando energia de radiofrequência (excitados por RF).OMétodo RFé mais recente e se tornou mais popular.Como os projetos de CC exigem eletrodos dentro da cavidade, eles podem sofrer erosão do eletrodo e revestimento do material do eletrodo.artigos de vidroeóptica.Como os ressonadores de RF possuem eletrodos externos, eles não estão sujeitos a esses problemas.CO2os lasers são usados ​​para o corte industrial de muitos materiais, incluindo titânio, aço inoxidável, aço macio, alumínio, plástico, madeira, madeira artificial, cera, tecidos e papel.Os lasers YAG são usados ​​principalmente para cortar e riscar metais e cerâmicas.

Além da fonte de energia, o tipo de fluxo de gás também pode afetar o desempenho.Variantes comuns de CO2os lasers incluem fluxo axial rápido, fluxo axial lento, fluxo transversal e laje.Em um ressonador de fluxo axial rápido, a mistura de dióxido de carbono, hélio e nitrogênio circula em alta velocidade por uma turbina ou soprador.Os lasers de fluxo transversal circulam a mistura de gases a uma velocidade mais baixa, exigindo um soprador mais simples.Os ressonadores resfriados por placa ou por difusão possuem um campo de gás estático que não requer pressurização ou vidraria, levando à economia na substituição de turbinas e vidrarias.

O gerador de laser e a óptica externa (incluindo a lente de foco) requerem resfriamento.Dependendo do tamanho e da configuração do sistema, o calor residual pode ser transferido por um líquido refrigerante ou diretamente para o ar.A água é um refrigerante comumente usado, geralmente circulado através de um resfriador ou sistema de transferência de calor.

Amicrojato a laseré guiado por jato de águalaserno qual um feixe de laser pulsado é acoplado a um jato de água de baixa pressão.Isso é usado para executar funções de corte a laser enquanto utiliza o jato de água para guiar o feixe de laser, como uma fibra óptica, através da reflexão interna total.As vantagens disso são que a água também remove detritos e resfria o material.Vantagens adicionais em relação ao corte a laser "seco" tradicional são altas velocidades de corte em cubos, corte paralelocortee corte omnidirecional.

Lasers de fibrasão um tipo de laser de estado sólido que está crescendo rapidamente na indústria de corte de metal.Ao contrário do CO₂, A tecnologia de fibra utiliza um meio de ganho sólido, em oposição a um gás ou líquido.O “laser semente” produz o feixe de laser e é então amplificado dentro de uma fibra de vidro.Com um comprimento de onda de apenas 1.064 nanômetros, os lasers de fibra produzem um tamanho de ponto extremamente pequeno (até 100 vezes menor em comparação com o CO₂) tornando-o ideal para cortar material metálico reflexivo.Esta é uma das principais vantagens da Fibra em relação ao CO₂.

Os benefícios do cortador a laser de fibra incluem: -

• Tempos de processamento rápidos.
• Redução do consumo e das contas de energia – devido à maior eficiência.
• Maior confiabilidade e desempenho – sem óptica para ajustar ou alinhar e sem lâmpadas para substituir.
• Manutenção mínima.
• A capacidade de processar materiais altamente reflexivos, como cobre e latão
• Maior produtividade – custos operacionais mais baixos oferecem um maior retorno do seu investimento.

Métodos

Existem muitos métodos diferentes de corte a laser, com diferentes tipos usados ​​para cortar materiais diferentes.Alguns dos métodos são vaporização, fusão e sopro, fusão e sopro e queima, fissuração por tensão térmica, rascunho, corte a frio e corte a laser estabilizado por queima.

Corte por vaporização

No corte por vaporização, o feixe focado aquece a superfície do material até um ponto de inflamação e gera um buraco de fechadura.O buraco da fechadura leva a um aumento repentino deabsortividadeaprofundando rapidamente o buraco.À medida que o buraco se aprofunda e o material ferve, o vapor gerado corrói as paredes fundidas, soprando a ejeção e aumentando ainda mais o buraco.Materiais que não fundem, como madeira, carbono e plásticos termofixos, geralmente são cortados por esse método.

Derreta e sopre

O corte por fusão e sopro ou fusão usa gás de alta pressão para soprar o material fundido da área de corte, diminuindo bastante a necessidade de energia.Primeiro, o material é aquecido até o ponto de fusão e, em seguida, um jato de gás sopra o material fundido para fora do corte, evitando a necessidade de aumentar ainda mais a temperatura do material.Os materiais cortados com este processo são geralmente metais.

Fissuração por estresse térmico

Materiais frágeis são particularmente sensíveis à fratura térmica, uma característica explorada na fissuração por tensão térmica.Um feixe é focado na superfície causando aquecimento localizado e expansão térmica.Isto resulta numa fissura que pode então ser guiada pelo movimento da viga.A fissura pode ser movida na ordem de m/s.Geralmente é utilizado no corte de vidro.

Corte furtivo de wafers de silício

A separação demicroeletrônicochips preparados emfabricação de dispositivos semicondutoresdeWafers de silíciopode ser realizado pelo chamado processo de corte furtivo, que opera com um pulsoLaser Nd:YAG, cujo comprimento de onda (1064 nm) está bem adaptado ao eletrônicolacuna de bandadesilício(1.11eVou 1117nm).

Corte reativo

O corte reativo também é chamado de "corte a gás a laser estabilizado por queima" e "corte por chama".O corte reativo é como o corte com maçarico de oxigênio, mas com um feixe de laser como fonte de ignição.Usado principalmente para cortar aço carbono em espessuras acima de 1 mm.Este processo pode ser usado para cortar chapas de aço muito espessas com relativamente pouca potência do laser.