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Como uma máquina de corte a laser de fibra corta materiais refletivos

Na produção industrial, materiais comuns de alta reflexão, como cobre e alumínio, exigem processamento frequente, mas para muitos fabricantes de equipamentos de corte a laser de fibra, o processo de corte de materiais de alta reflexão é frequentemente desafiador e difícil de resolver. Muitos fabricantes de chapas metálicas frequentemente perguntam sobre a capacidade das máquinas de corte a laser de fibra de cortar materiais de alta reflexão, como alumínio e cobre. Este artigo explorará como as máquinas de corte a laser de fibra lidam com esses materiais refletivos e apresentará algumas tecnologias avançadas e melhores práticas.

O que é uma máquina de corte a laser

Uma máquina de corte a laser é um dispositivo mecânico que usa um feixe de laser para cortar. A máquina de corte a laser foca o feixe de laser em um feixe de alta densidade de potência e o irradia na superfície da peça de trabalho, fazendo com que o material atinja seu ponto de fusão ou ebulição. Ao mesmo tempo, gás de alta pressão é usado para soprar o metal derretido ou vaporizado, formando, por fim, uma costura de corte e atingindo o propósito de corte.

Características e aplicação

Máquinas de corte a laser têm as seguintes características:

Alta precisão: O diâmetro do feixe de laser é muito pequeno, a precisão de corte é alta e a incisão é suave.
Velocidade rápida: o corte a laser tem velocidade rápida e alta eficiência.
Não limitado a padrões: Não limitado a padrões de corte tradicionais, ele pode fazer o layout e economizar materiais automaticamente.
Pequena zona afetada pelo calor: Durante o processo de corte, a deformação da placa é pequena e a costura de corte é estreita.
Sem estresse mecânico: a incisão não apresenta estresse mecânico nem rebarbas de cisalhamento.
Baixo custo de processamento: adequado para produção em larga escala, com baixo custo de processamento.
As máquinas de corte a laser são usadas principalmente para cortar materiais metálicos e não metálicos, sendo especialmente adequadas para usinagem de precisão e ambientes de produção de alta demanda.

Entenda os materiais metálicos refletivos

Por que cortar metais altamente refletivos a laser é desafiador?

Materiais metálicos altamente refletivos incluem ouro, prata, cobre e alumínio. Esses materiais têm refletividade muito alta e são comumente usados em aplicações que exigem alta refletividade. Esses materiais têm alta refletividade e podem fazer com que o feixe reflita de volta para a fonte do laser durante o corte a laser, causando danos ao equipamento. Além disso, materiais refletivos também podem afetar a eficiência e a qualidade do corte.

O que são materiais metálicos de alta refletividade?

A refletividade do ouro, prata e cobre é muito alta, especialmente cobre, que tem uma refletividade de até 95% para lasers com comprimento de onda de 1064 nm. Esses materiais são comumente usados para fazer componentes ópticos, como espelhos, porque eles têm a mais alta refletividade de espelho. Além disso, após o tratamento de escurecimento, o aço também pode absorver mais de 80% de potência do laser, indicando que o tratamento de superfície do material tem um impacto significativo em sua refletividade.

Materiais metálicos altamente refletivos têm uma ampla gama de aplicações em vários campos. Por exemplo, em campos como iluminação, imagem, aeroespacial e militar, materiais altamente refletivos podem melhorar a resolução e a qualidade da imagem de sistemas ópticos. Materiais altamente refletivos também podem atingir efeitos ópticos ideais em edifícios, iluminação de estradas e sinais de trânsito. Além disso, revestimentos altamente refletivos também são aplicados a bicos de motores de aeronaves e antenas de satélite para melhorar a eficiência da radiação térmica infravermelha e aprimorar o desempenho furtivo.

Cobre: O cobre tem condutividade térmica e refletividade extremamente altas, dificultando a concentração da energia do laser na área de corte. O cobre tem uma baixa taxa de absorção para feixes de laser, geralmente menor que 30%, o que é equivalente a 70% do laser sendo refletido. Isso não só causa perda e desperdício de energia, mas também danifica facilmente componentes como cabeças de processamento, lentes e geradores de laser.
Latão: O latão é uma liga composta principalmente de cobre e zinco, mas devido ao seu teor de zinco, ele libera fumaça tóxica durante o corte e requer tratamento especial. O latão é um material metálico altamente refletivo com taxa de absorção extremamente baixa para lasers de comprimento de onda comum. Ele também tem boa condutividade térmica. O calor absorvido se espalhará rapidamente para a área ao redor da zona de processamento, afetando a qualidade do processamento.
Aço inoxidável: Embora o aço inoxidável tenha uma refletividade menor do que o alumínio e o cobre, ele exibe propriedades refletivas após o polimento. Sua suavidade de superfície e camada de óxido podem tornar o corte mais difícil e facilmente levar a problemas como queimaduras de chapa.
Alumínio: Devido à sua alta refletividade e condutividade térmica, o alumínio é difícil de processar durante o corte a laser. O alumínio puro é mais difícil de cortar do que metais à base de ferro devido ao seu baixo ponto de fusão e alta condutividade térmica. O revestimento ou a liga podem melhorar a eficácia, eficiência e segurança do corte.

Desafios do corte de materiais refletivos

Desafio 1: Reflexão do feixe

Materiais refletivos como alumínio e aço inoxidável têm alta refletividade. Eles refletirão parte do feixe de laser de volta para a fonte de laser, o que não apenas reduz a eficiência do corte, mas também causa danos ao gerador de laser, especialmente à lente do laser e ao sistema refletor.

Solução

Escolha uma máquina de corte a laser de fibra equipada com um sistema de autoproteção. Quando a reflexão do feixe de laser é detectada, a fonte de laser pode ser desligada automaticamente para evitar danos ao equipamento. Comparadas com as máquinas de corte a laser de CO2, as máquinas de corte a laser de fibra usam fibras ópticas para transmitir feixes de laser, reduzindo sistemas de reflexão complexos e, portanto, diminuindo o risco de reflexão do feixe.
Cubra a superfície do material refletivo com um revestimento especial. Esses revestimentos podem absorver raios laser e reduzir reflexões de raios laser.

Desafio 2: Qualidade do Corte a Laser

Devido à sua alta refletividade, materiais metálicos refletivos podem afetar até certo ponto a precisão e a qualidade do corte.

Solução

Utilize gases auxiliares e parâmetros de corte apropriados durante o processo de corte.
Escolha uma máquina de corte a laser de fibra de alta precisão para melhorar a precisão e a qualidade do corte controlando com precisão o foco e o caminho do movimento do feixe de laser.

Desafio 3: Dissipação de Calor

Materiais com alta condutividade térmica, como cobre, dissipam calor rapidamente durante o corte a laser, dificultando a concentração da energia do laser na área de corte, resultando em profundidade de corte insuficiente ou velocidade de corte reduzida.

Solução

Otimize os parâmetros de corte a laser, como aumentar a potência do laser, reduzir a velocidade de corte, etc., para garantir que energia laser suficiente seja concentrada na área de corte.

Use gases auxiliares (como nitrogênio, argônio, etc.) para corte. Esses gases podem não apenas ajudar a soprar o metal derretido, mas também reduzir a condução de calor até certo ponto.

Pré-aqueça o material antes do corte para reduzir sua condutividade térmica e minimizar a perda de calor, facilitando a concentração da energia do laser na área de corte e melhorando a eficiência do corte.

Utilizando tecnologia de laser de pulso curto ou ultracurto para reduzir o acúmulo de calor e melhorar a qualidade do corte.

Desafio 4: Oxidação e poluição de superfície

O alumínio e outros materiais são propensos à oxidação e formam compostos como o óxido de alumínio, que pode aderir à superfície do material e à lâmina de corte, afetando o efeito de corte.

Solução

Pré-trate o material antes do corte para remover óxidos e impurezas da superfície e melhorar a eficiência do corte.

Durante o processo de corte, gases inertes (como nitrogênio) são usados como gases de proteção para reduzir a ocorrência de reações de oxidação.

Escolha parâmetros de corte e métodos de processo com propriedades antioxidantes, como corte a laser pulsado.

Tecnologia de corte de material metálico refletivo

Gás Auxiliar

Oxigênio: Ao cortar aço e outros metais, o oxigênio pode ser usado como gás auxiliar para aumentar a velocidade de corte. O oxigênio reage quimicamente com metais de alta temperatura, produzindo um efeito de oxidação exotérmica que acelera ainda mais o processo de corte do material.
Nitrogênio: O nitrogênio é muito útil ao cortar materiais facilmente oxidáveis, como alumínio. Ele pode evitar que o material seja oxidado durante o processo de corte, mantendo a suavidade e a precisão do fio de corte. Além disso, o nitrogênio também pode reduzir a emissão de fumaça e gases nocivos durante o processo de corte.
Gás argônio: O gás argônio é adequado para cortar materiais como latão. Ele tem boa inércia e pode proteger o material da oxidação durante o processo de corte. Enquanto isso, o gás argônio também pode reduzir a geração de fumaça e gases nocivos durante o processo de corte, melhorando o ambiente de trabalho.

O gás auxiliar sem dúvida melhora o efeito de corte.

Por meio da reação química entre o gás auxiliar e o material metálico, a capacidade de corte é melhorada.

Ajuda o equipamento a remover a escória da área de corte para limpar a fenda.

Resfria a área ao redor do corte e protege a lente de foco.

Ao cortar cobre a laser, a introdução de um gás auxiliar reagirá com o metal em altas temperaturas para melhorar a velocidade e a eficácia do corte. O uso de O₂ pode auxiliar a combustão e melhorar a eficiência. Quanto ao equipamento de corte a laser, N₂ é um gás auxiliar comum para aumentar o efeito de corte, é claro, para chapas de cobre abaixo de 1 mm, nenhum gás auxiliar é necessário para corte e processamento. Mas quando a espessura do cobre atinge 2 mm, N₂ não pode mais atingir o efeito de processamento esperado. Neste caso, o oxigênio deve ser usado para oxidar o cobre para um corte suave.

Solução antirreflexo

Revestimento protetor: Pré-revestir uma camada de revestimento antirreflexo na superfície de materiais altamente refletivos pode reduzir significativamente a refletividade do feixe de laser, permitindo que mais energia do laser seja absorvida pelo material, melhorando assim a eficiência e eficácia do corte. Este revestimento precisa ter bom desempenho, como resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão, para garantir estabilidade durante o processo de corte a laser.

Corte de feixe: A tecnologia de corte de feixe interrompe o caminho óptico do feixe de laser antes que ele seja refletido para a fonte de laser, prevenindo efetivamente danos ao gerador de laser causados pela luz refletida. Ao instalar uma armadilha de feixe, a luz refletida pode ser capturada para garantir que a energia do laser atue principalmente no material, reduzindo os danos causados pela reflexão ao equipamento.

Gerador de laser de alta potência

Durante o processo de corte de materiais altamente refletivos, a técnica de perfuração é crucial. Para maximizar a densidade de potência e acelerar a velocidade de fusão, o ponto focal deve ser posicionado o mais próximo possível da superfície do material. Isso minimiza o número de interações entre o feixe e a superfície do material, permitindo que o feixe derreta o material de forma mais eficaz.

Cobre (Cu) e prata (Ag) são materiais altamente reativos a lasers de fibra de 1070 nm, com baixas taxas de absorção, muito menores que as de ferro (Fe) e aço. No entanto, suas taxas de absorção são relativamente maiores para lasers de estado sólido. Portanto, escolher o tipo certo de laser pode facilitar o corte de materiais altamente refletivos.

Melhorando a saída de potência: Usar um gerador de laser de maior potência é um método direto para processar materiais altamente refletivos. Maior potência significa penetração mais forte e maior profundidade de corte, o que pode superar de forma mais eficaz a refletividade do material.

Modulação de potência: Ao ajustar dinamicamente a saída de potência do laser, é possível obter um controle preciso com base na refletividade do material e nos requisitos de corte. Esse ajuste garante que a energia do laser permaneça em seu estado ideal durante todo o processo de corte, melhorando a qualidade e a eficiência do corte.

Modulação de pulso

Pulso controlável: Usando a tecnologia de pulso controlável, um feixe de laser contínuo pode ser dividido em uma série de pulsos curtos e pulsos fortes. Este modo de pulso pode reduzir o acúmulo de calor no material, evitar deformação ou derretimento devido ao superaquecimento e, assim, melhorar a precisão do corte e a qualidade da borda.

Pulso curto: Lasers de pulso curto têm maior potência de pico e duração mais curta, o que pode aquecer e evaporar materiais mais rapidamente e obter cortes mais precisos. Enquanto isso, pulsos curtos também podem reduzir a zona afetada pelo calor e proteger as estruturas ao redor do material contra danos.

Tecnologia avançada de máquina de corte a laser de fibra

Monitoramento em tempo real

Controle de processo: a tecnologia de monitoramento em tempo real pode obter vários parâmetros (como temperatura, velocidade, potência, etc.) durante o processo de corte em tempo real e ajustá-los dinamicamente de acordo com os requisitos de processo predefinidos para garantir a estabilidade e a controlabilidade do processo de corte.
Garantia de qualidade: Ao monitorar o efeito do corte em tempo real (como largura da fenda, rugosidade, etc.), possíveis problemas de qualidade podem ser detectados e corrigidos em tempo hábil para garantir a qualidade dos produtos cortados.
A tecnologia de monitoramento em tempo real monitora todo o processo de corte por meio de sensores e sistemas de monitoramento integrados em máquinas de corte a laser de fibra, garantindo o ajuste automático de parâmetros durante o processo de corte e garantindo qualidade estável. Essa tecnologia pode evitar operações incorretas, manter a precisão do corte e melhorar a eficiência geral da produção.

Óptica Adaptativa

Foco automático: Ao otimizar o sistema de foco, a tecnologia de óptica adaptativa pode melhorar significativamente a precisão do foco e a densidade de energia dos feixes de laser, melhorando assim a qualidade e a eficiência do corte.
Ajuste em tempo real: a tecnologia de óptica adaptativa pode monitorar o estado de foco do feixe de laser em tempo real e fazer ajustes em tempo real com base em sinais de feedback para garantir que o feixe de laser esteja sempre no estado de foco ideal.

O sistema de óptica adaptativa otimiza dinamicamente o foco do feixe de laser ajustando o sistema óptico em tempo real, garantindo melhor adaptação a materiais de diferentes espessuras ou reflexões durante o processo de corte. Este ajuste pode reduzir a perda de reflexão do feixe de laser, melhorar a precisão e a eficiência do corte.

Modelagem de vigas

A tecnologia de modelagem de feixe pode personalizar o perfil do feixe de laser de acordo com diferentes requisitos de corte, otimizando assim a distribuição de energia do feixe de laser e melhorando a eficiência e a qualidade do corte.

Melhorar a utilização de energia: moldar feixes de laser pode corresponder melhor às características de absorção dos materiais de corte, melhorar a utilização da energia do laser e reduzir o desperdício de energia.

A tecnologia de modelagem de feixe permite a personalização do formato dos feixes de laser. O feixe de laser é moldado por elementos ópticos específicos (como modelador de feixe, microlente, etc.) para transformá-lo da distribuição gaussiana original para o formato desejado (como círculo, retângulo, quadrado, etc.). Adapte-se a diferentes necessidades de corte. Essa tecnologia pode melhorar a eficiência energética, especialmente ao processar materiais altamente refletivos, com efeitos significativos, ajudando a melhorar a eficiência e a qualidade do processamento.

Em resumo, ao adotar essas tecnologias avançadas, a máquina de corte a laser de fibra pode efetivamente enfrentar os desafios de corte de materiais refletivos, melhorar a eficiência, a precisão e a qualidade do corte.

Métodos de corte alternativos

Embora as máquinas de corte a laser de fibra tenham muitas soluções para cortar materiais refletivos com alta precisão, muitos usuários ainda não querem usar a máquina de corte a laser como a primeira escolha para cortar esses materiais. Usar a máquina de corte a laser de fibra para cortar alguns materiais altamente refletivos pode causar deterioração do material. Nesse caso, eles geralmente escolhem usar o método tradicional de corte de chapa, que é a máquina de cisalhamento de chapa.

Máquinas SC tem o automático máquina de corte de placa de alimentação frontal especialmente projetado para cortar grandes quantidades de placas de cobalto, placas de níquel e placas de cobre.

Conclusão

Neste artigo, fornecemos insights sobre como usar o corte a laser para cortar metais refletivos. Máquinas de corte a laser são particularmente adequadas para processar metais altamente refletivos, como latão, alumínio e prata, com precisão e eficiência. O corte a laser continuará sendo a boa escolha para processar metais altamente refletivos e trará mais conveniência e benefícios ao processamento de metais na indústria de manufatura.