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Princípio de funcionamento da máquina de corte a laser – como funciona?

Nas últimas décadas, com o rápido desenvolvimento da tecnologia de corte a laser, a aplicação de máquinas de corte a laser na indústria de manufatura tornou-se cada vez mais difundida. O processamento de corte a laser substitui as facas mecânicas tradicionais por feixes de luz invisíveis, que possuem as características de alta precisão, corte rápido, não limitado às limitações do padrão de corte, layout automático que economiza materiais, corte suave e baixos custos de processamento. Ele irá melhorar ou substituir gradualmente os equipamentos tradicionais de corte de metal. O princípio de funcionamento da máquina de corte a laser faz com que a parte mecânica da lâmina do laser não tenha contato com a peça de trabalho e não cause arranhões na superfície de trabalho durante a operação. A velocidade de corte a laser é rápida, a incisão é lisa e plana e geralmente não requer processamento posterior. A zona afetada pelo calor de corte é pequena, a deformação da placa é pequena e a costura de corte é estreita. A incisão não apresenta estresse mecânico nem rebarbas de cisalhamento. A máquina de corte a laser tem alta precisão de usinagem, boa repetibilidade e nenhum dano à superfície do material. A programação CNC pode processar qualquer desenho plano e pode cortar grandes placas inteiras sem a necessidade de moldes, o que é econômico e economiza tempo.

Como as máquinas de corte a laser têm tantas vantagens, mais e mais pessoas desejam comprar máquinas de corte a laser. No entanto, muitas pessoas que não foram expostas à indústria de equipamentos a laser ainda não estão familiarizadas com o princípio e a composição das máquinas de corte a laser. Hoje, neste artigo, iremos popularizar o conhecimento relevante sobre máquinas de corte a laser para todos.

Princípio de funcionamento da máquina de corte a laser

A máquina de corte a laser usa um feixe focado de alta densidade de potência para trabalhar, permitindo que o material irradiado derreta, evapore, ablate ou incendeie rapidamente, e corte a peça soprando o material fundido através de um fluxo de ar de alta velocidade coaxial com o feixe.

Quando o feixe de laser interage com o material, ocorrem vários processos. O forte calor gerado pelo feixe de laser aumenta rapidamente a temperatura do material, fazendo com que ele derreta, evapore ou sofra reações químicas. A interação específica depende das características do material, como coeficiente de absorção e ponto de fusão, bem como dos parâmetros do laser, como densidade de potência e duração do pulso.

Para materiais com baixo ponto de fusão, como plásticos, o feixe de laser pode derreter o material durante a penetração. Em seguida, o material fundido é soprado por um jato de gás, formando um corte (largura de corte). No caso de materiais com pontos de fusão mais elevados (como metais), o feixe de laser evapora diretamente o material, formando um corte estreito e preciso.

O corte assistido por gás é comumente usado no corte a laser para aprimorar o processo de corte. Gás como oxigênio ou nitrogênio são soprados na superfície do material através do bico da cabeça de corte. O gás ajuda a remover materiais derretidos ou evaporados da área de corte, resfria o material e evita o aparecimento de rebarbas ou espuma. A escolha do gás depende do material a ser cortado e da qualidade de corte exigida.

A largura da incisão ou largura da incisão é determinada por vários fatores, incluindo potência do laser, tamanho do ponto focal, espessura do material e velocidade de corte. A largura da incisão pode ser controlada ajustando estes parâmetros para atingir a precisão de corte desejada. Além disso, o corte a laser pode causar um fenômeno chamado conicidade, onde o corte apresenta uma leve conicidade. O ângulo do cone depende das propriedades do material e dos parâmetros do laser e pode ser minimizado otimizando as condições de corte.

Conhecimento básico de laser

Laser (amplificação de radiação estimulada) é um dispositivo que gera feixes de luz coerentes. Consiste em três componentes principais: meio ativo, fonte de energia e ressonador óptico. O meio ativo pode ser sólido, líquido ou gasoso, que emite fótons quando excitado por uma fonte de energia. Os ressonadores ópticos refletem os fótons para frente e para trás através do meio ativo, amplificando e alinhando as ondas de luz. Este processo leva à formação de um feixe de laser poderoso e coerente.

Tipos de máquinas de corte a laser

Existem vários tipos de lasers em máquinas de corte a laser, incluindo lasers de CO2, lasers Nd: YAG e lasers de fibra. O laser de CO2 é o tipo mais comum, usando uma mistura de dióxido de carbono, nitrogênio e hélio como meio ativo. Os lasers Nd: YAG usam cristais de estado sólido, como granada de ítrio-alumínio dopada com neodímio, como meio ativo. Por outro lado, os lasers de fibra utilizam fibras dopadas com elementos de terras raras como meio ativo. Cada tipo de laser possui desempenho único, adequado para aplicações de corte específicas.

Atualmente, os lasers convencionais são os lasers de CO2 e de fibra.

Laser CO2

O laser de CO2 é um dos primeiros e mais populares tipos de laser. A descarga de gás não é inteiramente dióxido de carbono. Ele contém dióxido de carbono, nitrogênio, hidrogênio, xenônio e hélio.

Existem duas opções para corte a laser CO2: usando oxigênio ou nitrogênio. O oxigênio é preferido para corte a laser de materiais mais espessos. O nitrogênio é preferido para corte a laser de placas finas. Use corte a laser de oxigênio CO2 para formar uma camada de óxido na superfície de corte. Para evitar esta situação, processos de pré-tratamento, como jateamento de areia, são realizados na peça. O corte a laser CO2 é comumente usado para cortar materiais não metálicos, como madeira, plástico, vidro e têxteis. Também é possível cortar metais como aço de baixo carbono, aço inoxidável e alumínio com as configurações corretas.

Corte a laser de fibra

O princípio de funcionamento da máquina de corte a laser de fibra é usar laser sólido para derreter e penetrar metais, obtendo um corte preciso e eficiente. O meio laser para esta tecnologia é fibra em vez de gás ou cristal. O laser é um tipo de luz concentrada e a fibra óptica é um meio de ganho ativo que pode elevar o laser a um estado de potência mais alto.

O corte a laser de fibra é um método de corte térmico que usa um feixe de laser focado de alta potência como principal fonte de calor. O gerador de laser de fibra usa componentes de fibra óptica de alta potência para transmitir fortes feixes de luz. O feixe de laser é focado na área e o material derrete e evapora rapidamente. Máquina de corte a laser de fibra pode cortar a maioria dos materiais de diferentes espessuras de acordo com a função do equipamento.

A máquina de corte a laser de fibra é um processo de corte a laser que usa um gerador de laser óptico para cortar materiais. Ele pode cortar vários materiais com precisão e alta qualidade. Embora o princípio básico da máquina de corte a laser de fibra seja basicamente o mesmo de outras máquinas de corte a laser, a principal diferença está na forma como a energia é transmitida e focada na peça de trabalho.

Emita um feixe de luz altamente focado através de um gerador de laser de fibra. Em seguida, o feixe de laser é direcionado para o material de corte focalizando a lente. Focar o feixe de laser gerará uma fonte de calor pequena e forte. Depois de alinhar a superfície do material, ele pode derreter e evaporar rapidamente o material, obtendo um corte de alta precisão.

Outros componentes importantes da máquina incluem o controle de seu sistema de software e os componentes que orientam e suportam o corte de materiais. Além disso, as máquinas de corte a laser de fibra podem ser equipadas com diversos tamanhos e cabeçotes de corte elétrico. Com base em suas necessidades específicas e na máquina de corte a laser customizada, ela pode atingir o desempenho e os resultados esperados.

Classificação da tecnologia de corte a laser e princípio de funcionamento da máquina de corte a laser

Corte por vaporização a laser

A peça de trabalho é aquecida por um feixe de laser de alta densidade de energia e a temperatura aumenta rapidamente. O material atinge o ponto de ebulição em pouco tempo e começa a evaporar formando vapor. Esses vapores são ejetados em altas velocidades e formam fendas estreitas no material à medida que são ejetados. O calor de evaporação dos materiais é geralmente alto, portanto, o corte por gaseificação a laser requer maior potência e densidade de potência.

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

Corte de fusão a laser

Durante a fusão e corte a laser, 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. O metal líquido é descarregado através da forte pressão do gás para formar uma fenda. A fusão e o corte a laser não requerem a evaporação completa do metal e a energia necessária é apenas 1/10 daquela do corte por evaporação.

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

Corte a laser com oxigênio

O princípio do corte a laser com oxigênio é semelhante ao do corte com oxigênio e acetileno. Ele usa laser como fonte de calor de pré-aquecimento e gases ativos como oxigênio como gases de corte. O gás injetado reage com o metal de corte por um lado, gerando uma grande quantidade de calor de oxidação. Por outro lado, os óxidos fundidos e os materiais fundidos são expelidos para fora da zona de reação, formando lacunas no metal. Devido à oxidação gerada durante o processo de corte, uma grande quantidade de calor é gerada, e a energia necessária para o corte a laser, o oxigênio é apenas metade daquela para fusão e corte, enquanto a velocidade de corte é muito mais rápida do que a do corte por vaporização a laser e corte de fusão. O corte a laser com oxigênio é usado principalmente por máquinas de corte a laser de metal para cortar materiais metálicos facilmente oxidados, como aço carbono, aço titânio e aço tratado termicamente.

Corte Controlado por Fratura

O corte controlado por fratura também é conhecido como fissuração por tensão térmica. É adequado para cortar materiais quebradiços. Quando uma força ou temperatura descontrolada é aplicada, os materiais frágeis geralmente se fraturam em fragmentos. O corte com controle de fratura concentra um feixe de laser muito estreito na superfície de uma peça pequena. Isso irá gerar um gradiente térmico, causando o aparecimento de rachaduras na peça naquele local. Em seguida, o laser se move de maneira muito rápida e controlável para propagar fissuras ao longo da incisão.

Ao cortar vidro e cerâmica, geralmente é usado o corte para controle de fratura. O laser não penetrou completamente na espessura do material. Apenas uma parte da espessura foi cortada, enquanto o restante se separou por ruptura.

Corte Invisível

O corte invisível é uma tecnologia avançada de corte a laser usada para cortar chips semicondutores. Funciona em duas etapas – etapa de irradiação do laser e etapa de expansão. O laser não derrete a peça porque produz material fundido indesejado. Pelo contrário, a fase de irradiação utiliza um comprimento de onda do laser que atravessa completamente a peça.

Porém, esse comprimento de onda gera deformações internas e trincas na peça. Então, o estágio de expansão gera tensão de expansão na peça. Esta tensão divide a peça em vários blocos na área do defeito interno. O resultado final é um wafer de corte limpo e sem resíduos.

Classificação vetorial

A gravação vetorial é uma técnica de corte a laser usada para esculpir peças de trabalho. O laser não penetra em toda a espessura do material. Pelo contrário, o laser seguirá a direção especificada pelo vetor.

Ao desfocar o feixe de laser, a espessura da escultura pode ser facilmente ajustada. A profundidade da escultura também pode ser ajustada. A escultura vetorial pode criar designs complexos, simples e diretos.

As máquinas de corte a laser normalmente consistem nos seguintes componentes

Laser: refere-se a um gerador de laser, conversão eletro-óptica e equipamento que emite energia laser.
Cabeça de corte: inclui peças como bico, lente de foco e software de sistema de rastreamento de foco.
Componente de transmissão de luz: mapeamento de lentes reflexivas para fornecer a orientação necessária para orientação do laser.
Sistema CNC: Controle a máquina-ferramenta para obter o movimento dos eixos X, Y e Z, ao mesmo tempo que controla a potência de saída do laser.
Sistema de refrigeração: dispositivo de resfriamento circulante utilizado para resfriar o laser e o cabeçote de corte, retirando o calor desnecessário para manter o funcionamento normal do equipamento e garantindo uma qualidade de transmissão suave do feixe.
Regulador de tensão: estabiliza a tensão de alimentação do equipamento de corte a laser, garantindo bom funcionamento e efeito protetor.
Compressor de ar: Durante o corte a ar, fornece um dispositivo de fonte de ar para o equipamento garantir a pressão e vazão necessárias.
Tanque de armazenamento de gás: incluindo tanque de gás de material e tanque de gás auxiliar durante a operação da máquina de corte a laser, usado para preencher o gás químico causado pelas flutuações do laser e fornecer gás auxiliar para cabeças de corte.
dispositivo de filtragem: usado para fornecer gás limpo e seco ao gerador de laser e ao canal de luz para manter a operação normal do canal e da lente refletora.

Equipamento de remoção de poeira: Extraia a poeira e a fumaça geradas durante a produção e processamento e filtre-as.

Em uma máquina de corte a laser, a cabeça de corte a laser se move sobre a placa de metal no formato da peça desejada, cortando assim a peça da placa. O sistema capacitivo de controle de altura mantém uma distância muito precisa entre a extremidade do bico e a placa de corte. Esta distância é importante porque determina a posição do foco em relação à superfície da placa. A qualidade do corte pode ser afetada aumentando ou diminuindo o foco acima, na ou abaixo da superfície da chapa metálica.

O princípio de funcionamento de uma máquina de corte a laser é focar o feixe de laser em um pedaço de material. A potência do laser é tão alta que, quando focada, aumentará a temperatura do material a ser cortado para uma temperatura suficientemente alta, derretendo ou evaporando o material em uma pequena área onde o feixe é focado. Normalmente, gases auxiliares são usados para ajudar a empurrar os materiais fundidos para fora da área de corte. Isto é especialmente verdadeiro para cortar chapas grossas, como metal ou madeira compensada.

Para cortar a forma, mova a cabeça do laser e use algum tipo de pórtico para posicionar o feixe no novo material, cortando assim uma linha em vez de um pequeno orifício. Os tipos de sistemas de movimento incluem cremalheiras e pinhões, parafusos de esferas e motores lineares. Os motores lineares são os mais caros, mas possuem a velocidade mais rápida e a maior precisão. A cremalheira e o pinhão fornecem quase a mesma velocidade e precisão, mas a um preço mais baixo. Alguns pequenos entusiastas do laser também podem usar correias dentadas e motores de passo para mover as cabeças do laser. Em qualquer caso, um sistema com feedback de servo e codificador pode melhorar muito a precisão do sistema de corte a laser, e a estrutura rígida também pode ser isolada da vibração.

Para operações de corte a laser, é importante escolher um comprimento de onda que seja altamente absorvente do material a ser cortado.

Quando a energia do laser é direcionada para a superfície do material, o material absorve tanta energia que rapidamente aquece além da temperatura de fusão e atinge a temperatura de degradação.

Na temperatura de degradação, o material irá se decompor e se decompor. Quando esta situação ocorre, geralmente é liberada fumaça.

A borda da incisão pode ser aquecida a um nível inferior e, na verdade, derretida e modificada. Na verdade, isso pode ser usado como um mecanismo de vedação útil para materiais de fibra, como prevenção de roscas.

Quando a máquina de corte a laser estiver funcionando, é melhor inclinar o laser para que a fumaça gerada durante o processo de corte não se acumule como fuligem nos componentes ópticos do laser. Além disso, ao cortar (ou soldar) superfícies altamente refletivas, é importante evitar que o feixe de laser seja refletido da superfície para os componentes ópticos do laser, o que pode danificá-los.

O processo de trabalho da máquina de corte a laser CNC

A tecnologia de processamento a laser oferece muitas funções diferentes para diferentes setores. Independentemente das características destas máquinas, o seu fluxo de trabalho básico é o mesmo. A seguir estão as etapas de trabalho de uma máquina a laser CNC:

Carregar código G

Quando o operador carrega o código G no sistema, a máquina começa a funcionar. O código G indica a direção do movimento da máquina de corte a laser.

Geração de feixe laser

Assim que a máquina começar a funcionar, o ressonador laser irá gerar um feixe de luz. Para vários tipos de lasers, o processo de geração do laser pode ser diferente. A cor do laser também pode ser diferente. Por exemplo, num laser de CO2, o gerador de laser emite luz infravermelha. Este tipo de feixe de laser é totalmente visível ao olho humano.

Laser guia

O sistema direcional direciona o feixe de laser em direção ao sistema de foco. Uma série de espelhos pode mudar de direção. Um dispositivo dedicado para dobrar o feixe também pode dobrar o laser gerado na área de foco.

Focagem a laser

O sistema de focagem reduz a largura do feixe de laser e aumenta sua potência. Isto é conseguido usando uma cabeça de focagem a laser e uma lente de focagem. O sistema de focagem também garante que o feixe de laser focado seja completamente circular e livre de luz difusa. O feixe de laser é disparado para fora da máquina através de um bico.

Corte de materiais

O feixe de laser focado é direcionado para o material da peça. O ponto de contato é exposto ao feixe de laser por um período de tempo suficiente para derreter o material. O tempo de exposição varia dependendo da espessura e tipo de material.

Movimento da cabeça de corte

O sistema mecânico move a cabeça do laser no formato desejado de acordo com as instruções do código G. A velocidade do movimento varia dependendo do trabalho específico.

Conclusão

A tecnologia de corte a laser CNC está na vanguarda da indústria de manufatura, proporcionando precisão, velocidade e versatilidade incomparáveis. Compreender o princípio de funcionamento da máquina de corte a laser pode ajudar os usuários a aprender que tipo de máquina de corte a laser devem comprar. Com o desenvolvimento da tecnologia, empresas como a SC estão liderando a tendência, fornecendo soluções inovadoras para atender às necessidades em constante mudança da indústria. Não apenas fornecemos um único conjunto de máquina de corte a laser de fibra para chapa de metal para venda mas também podemos projetar e produzir sistema de carga e descarga para máquina de corte a laser para atender aos requisitos de automação dos clientes. Quer você seja proprietário de uma pequena empresa, um hobby ou fabricante industrial, investir em máquinas de corte a laser CNC pode mudar suas operações, abrindo novas possibilidades de design, prototipagem e produção.

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