Corte a laser como processo de separação sem contato

O corte a laser é o processo de separação com o qual os materiais metálicos e não metálicos de diversas espessuras são cortados. A base para isso é formada pelo raio laser a ser guiado, formado e reunido. Quando ele encosta na peça, o material se aquece de tal forma que ele derrete ou vira vapor. Toda a potência laser se concentra em um ponto com geralmente menos de meio milímetro de diâmetro. Se nesse ponto for colocado mais calor do que a condução de calor pode dissipar, o raio laser perfura o material totalmente – o processo de corte foi iniciado. Enquanto em outros processos, as ferramentas gigantescas com forças enormes atuam na chapa, o raio laser faz seu trabalho sem qualquer tipo de contato. Com isso, a ferramenta não sofre desgaste e não há deformações ou danos na peça.

As vantagens do corte a laser

Diversidade de materiais

Todos os materiais comuns no processamento industrial - do aço, alumínio, aço inoxidável e chapas não ferrosas até materiais não metálicos como plásticos, vidro, madeira ou cerâmica - podem ser cortados com o laser com segurança e alta qualidade. Com a ferramenta é possível cortar diversas espessuras de chapa de 0,5 até 30 milímetros. Este espectro de materiais extremamente extenso torna o laser a opção número 1 entre as ferramentas de corte para muitas aplicações na área de metais e não metais.

Liberdade de contorno

O raio laser focalizado aquece o material localmente e o restante da peça é minimamente ou não influenciado termicamente. Com isso, a fenda de corte não é mais larga do que o próprio raio e até contornos filigranos e complexos podem ser cortados de forma lisa e sem rebarbas. Um retrabalho demorado não é mais necessário em muitos casos. Com sua flexibilidade, o processo de corte é usado com frequência, especialmente em tamanhos pequenos de lote, em uma ampla gama de variáveis e na construção de protótipos.

Cantos de corte de alta qualidade com pulsos ultracurtos

Os lasers de pulso ultracurto evaporam quase todos os materiais de forma tão rápida que não é possível reconhecer uma influência de calor. Assim são criados cantos de corte de alta qualidade sem rastros de fusão. Por isso, os lasers são perfeitos para a fabricação de produtos filigranos e metálicos, como os stents usados na tecnologia médica. Na indústria de displays, os lasers de pulso ultracurto cortam vidros reforçados quimicamente.

O processo do corte a laser

A base do corte a laser é a interação entre o raio laser focado e a peça. Para que o processo decorra de forma segura e precisa, diversos componentes e recursos são usados no e em torno do raio laser, como pode ser mostrado no gráfico a seguir.

Óptica de focalização: ópticas de lentes e espelhos focalizam o raio laser no ponto de processamento
Raio laser: o raio laser encosta na peça e a aquece até que ela se derreta ou evapore.
Gás de corte: com ajuda do gás de corte, a fusão resultante é soprada para fora da fenda de corte. O gás sai do bico com o raio laser de forma axial.
Sulcos de corte: durante o corte a laser, o canto de corte forma um típico padrão de sulco. Em velocidades de corte baixas, esses sulcos ficam praticamente paralelos ao raio laser.
Massa fundida: o raio laser – luz laser focada – é guiado pelo contorno e derrete o material localmente.
Frente de corte: na peça, a fenda de corte não é mais larga do que o raio laser focalizado.
Bico: o raio laser e o gás de corte chegam ao material através do bico de corte.
Direção de corte: ao movimentar o cabeçote de corte ou a peça em uma determinada direção, é formada a fenda de corte.

As aplicações diversas na área de corte a laser

Praticamente nenhuma formação de rebarba visível: a roda dentada mostra a qualidade excelente da peça do corte a laser, inclusive com materiais mais espessos.

Materiais de fibra reforçada são ideais para a construção leve. Porém a resistência do material é um desafio para qualquer ferramenta – mas não para o laser. Principalmente na construção de protótipos, os clientes se beneficiam da velocidade e flexibilidade de formas da ferramenta de corte a laser.

Do aço carbono até o inoxidável, passando pelos materiais altamente refletores – todos os materiais mais comuns na indústria podem ser processados com o laser com alta qualidade.

Rápido, sem rebarbas e em três dimensões: é assim que o laser corta as peças de hot forming, como as colunas B da indústria automobilística.

No corte a laser por fusão, o laser corta aço inoxidável e aço carbono a partir de uma espessura de 0,5 milímetros com muita rapidez e economia.

Lasergeschnittenes Hitzeschutzblech für Abgasanlagen

Peças com forma tridimensional, como chapas de proteção térmica para sistemas de gases de escape, são cortadas com o laser de forma precisa.

Schneiden von sprödharten Materialien wie Glas mit dem Laser

Mesmo materiais rígidos e quebradiços, como o vidro, podem ser processados com sistemas de corte a laser de forma lisa e a alta velocidade – sem rebarba ou lasca.

O BrightLine fiber é uma combinação sofisticada de uma óptica especial, bicos otimizados para o fluxo e outras inovações técnicas. A vantagem: com os cantos de corte de alta qualidade, as peças não se engatam durante a retirada.

Em comparação com os processos de separação mecânicos, os medidores caseiros podem ser fabricados por laser de forma mais rápida e sem necessidade de retrabalho dos cantos de corte.

As estruturas mais filigranas na casa dos micrômetros são cortadas por lasers de pulso curto e ultracurto com rapidez e economia. Assim, os longos ponteiros cortados a laser são usados na indústria relojoeira ou os implantes cortados a laser são usados na tecnologia médica.

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Resumo de todos os processos de corte a laser

Quando se trata do corte de materiais metálicos e não metálicos, o laser é a primeira opção como ferramenta universal na maioria dos casos. Praticamente todos os contornos podem ser cortados com o raio laser de forma rápida e flexível - não importa se a forma é muito filigrana e complicada e se o material é muito fino. Diversos gases e pressões de corte influenciam o processo e o resultado.

Corte por oxigás

Para o corte por oxigás, o oxigênio é usado como gás de corte, que é soprado com uma pressão de até 6 bar na fenda de corte. Ele queima e oxida lá a massa fundida do metal. A energia liberada por essa reação química ajuda o raio laser. O corte por oxigás permite velocidades de corte muito altas e o processamento de chapas mais espessas e aço carbono.

Corte laser por fusão

Em cortes por fusão, o nitrogênio ou o argônio são usados como gás de corte. Ele é aplicado com uma pressão de 2 a 20 bar pela fenda de corte e não reage com a superfície metálica na fenda, ao contrário do corte por oxigás. Esse processo de corte tem como vantagem os cantos de corte sem rebarbas e óxidos e que praticamente não necessitam de retrabalho.

Corte por sublimação

O corte por sublimação é usado principalmente em tarefas de corte finas que exigem cantos de corte de altíssima qualidade. Nesse processo, o laser evapora o material praticamente sem derretimento. O vapor de material cria na fenda de corte uma alta pressão que expulsa a massa fundida para cima e para baixo. O gás de processo - nitrogênio, argônio ou hélio - protege as superfícies de corte da área adjacente e garante que os cantos de corte permaneçam sem óxidos.

Corte fino

No corte fino com raio laser, são feitos furos individuais em sequência com energia de laser pulsado, que se sobrepõem de 50% a 90% e formam uma fenda de corte. Devido ao pulso curto, são geradas potências de pico de pulso muito altas e densidades de potência extremas sobre a superfície da peça. A vantagem: o aquecimento da peça é muito baixo, o que permite o corte mesmo em peças filigranas sem deformação por calor.

Parâmetros que influenciam o processo de corte a laser

Posição do foco e diâmetro do foco

A posição do foco influencia a densidade de desempenho e a forma da fenda de corte na peça. O diâmetro do foco determina a largura da fenda e também a forma da fenda de corte.

Potência laser

Para que o limite de processamento, ou seja, o ponto em que o material começa a derreter, seja ultrapassado, é preciso ter uma certa quantidade de energia por área. Ela é definida com: energia por área = densidade de desempenho x tempo de ação sobre a peça.

Diâmetro do bico

A escolha do bico correto é decisiva para a qualidade da peça. Com ele é possível determinar a forma do raio do gás e a quantidade de gás pelo seu diâmetro.

Modo de operação

Operação com onda contínua ou pulsos - com o modo de operação é possível controlar se a energia laser é aplicada de forma contínua ou com interrupções sobre a peça.

Velocidade de corte

A velocidade de corte é definida em função da respectiva tarefa de corte e do material a ser trabalhado. Basicamente vale o seguinte: quanto maior for a potência laser disponível, mais rapidamente será feito o corte. Além disso, a velocidade de corte reduz conforme aumenta a espessura do material. Se a velocidade para o respectivo material estiver ajustada de forma muito alta ou baixa, isso fará com que haja maior formação de sulcos e rebarbas.

Grau de polarização

Quase todos os lasers de CO₂ fornecem uma luz laser linear polarizada. Se contornos forem cortados, o resultado do corte se altera com o sentido de corte: se a luz oscilar paralelamente ao sentido de corte, o canto fica liso. Se a luz oscilar perpendicularmente ao sentido de corte, é formada uma rebarba. Por isso, a luz laser polarizada linear é normalmente convertida em polarizada circular. O grau de polarização indica com que precisão a polarização circular desejada foi atingida e isso é decisivo para a qualidade do corte. Em lasers de estado sólido, a polarização não precisa ser alterada; eles fornecem resultados de corte independentemente da direção.

Gases de corte e pressões de corte

Dependendo do processo de corte, são usados diferentes gases de processo que aplicam força na fenda de corte com diferentes pressões. O argônio e o nitrogênio possuem uma vantagem como gás de corte, por exemplo, pois não reagem com o metal derretido na fenda de corte. Ao mesmo tempo, eles blindam a superfície de corte da área em volta.

Corte a laser e perfuração a laser

O laser dá conta das mais diversas tarefas de corte. Desde fendas de corte com precisão micrométrica em chips semicondutores extremamente finos até o corte de qualidade em chapa de aço com 30 milímetros de espessura. Durante a perfuração a laser, o raio laser cria dos furos mais finos até os maiores sem contato em metais, plásticos, papel e em pedras.

Por que a luz laser é tão especial?

A luz laser tem propriedades muito especiais que são pré-requisitos para sua utilização como ferramenta: ela é monocromática, ou seja, todas as ondas de luz têm o mesmo comprimento de onda. Além disso, no raio laser oscilam todas as ondas de luz no mesmo sincronismo (coerência) e as ondas de luz estão praticamente paralelas umas às outras. Por isso, o raio se expande muito pouco. A densidade de desempenho do raio laser é muito maior do que a das fontes de luz mais comuns.

Por que o laser é predestinado como ferramenta de fabricação?

Quando o raio laser é então guiado, formado e focalizado, ele se torna uma ferramenta de fabricação ideal. Enquanto em outros processos as ferramentas gigantes com forças enormes atuam sobre a chapa, um raio laser faz seu trabalho&nbspsem contato e, com isso, sem desgaste. Os lasers podem criar contornos e estruturas muito precisos e aquecem o material apenas localmente. O restante da peça é minimamente ou não influenciado termicamente. Com a ferramenta flexível, as mais diversas formas e contornos podem ser criados – tudo em uma só máquina.

O que acontece durante o corte e a perfuração a laser?

Quando o raio laser focalizado encosta na peça, o material se aquece de tal forma que ele se derrete ou evapora. O processo de corte começa quando o raio perfura totalmente a peça: o raio laser se movimenta pelo contorno da peça e derrete o material continuamente. Normalmente, a massa fundida é soprada para baixo para fora da fenda de corte pelo fluxo de gás. A fenda de corte não é mais larga do que o próprio raio laser focalizado. Durante a perfuração a laser, um pulso laser curto derrete e evapora o material com alta densidade de desempenho. A alta pressão resultante disso pressiona a massa fundida para fora do furo.

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