Já alguma vez se perguntou como é que os desenhos complexos são cortados com tanta precisão em vários materiais? Este artigo revela o fascinante mundo do corte a laser, explorando as suas técnicas e aplicações. No final, compreenderá como esta tecnologia molda tudo, desde o metal aos têxteis, prometendo um futuro de possibilidades infinitas.
O corte a laser foi utilizado pela primeira vez na década de 1970. Na produção industrial moderna, é amplamente utilizado para cortar chapas metálicas, plásticos, vidro, cerâmica, semicondutores, bem como materiais como têxteis, madeira e papel.
Nos próximos anos, prevê-se que o corte a laser venha a registar um crescimento substancial nas aplicações de maquinagem de precisão e micro-maquinagem. Em primeiro lugar, vejamos como funciona o corte a laser.
Quando o feixe de laser focalizado atinge a peça de trabalho, a área de irradiação aquece rapidamente, provocando a fusão ou vaporização do material. Assim que o feixe de laser penetra na peça de trabalho, inicia-se o processo de corte: o feixe desloca-se ao longo do contorno, fundindo o material. Normalmente, é utilizada uma corrente de jato para soprar o material derretido para longe da incisão, deixando um espaço estreito entre a peça cortada e a estrutura. Estas costuras estreitas são quase tão largas como o feixe de laser focado.
Corte por chama é uma técnica padrão utilizada para cortar aço de baixo carbono, em que o oxigénio é utilizado como gás de corte. O oxigénio pressurizado é aumentado até 6 bar antes de ser soprado para a incisão.
Aí, o metal aquecido reage com o oxigénio, provocando a sua combustão e oxidação. Esta reação química liberta uma grande quantidade de energia (cinco vezes a quantidade de energia do laser) que ajuda o raio laser no processo de corte.
Fig.1 O raio laser funde a peça de trabalho enquanto o gás de corte sopra o material fundido e a escória na incisão
O corte por fusão é outro processo padrão utilizado em corte de metaisO corte é efectuado com um tubo de aço de alta pressão, que também pode ser utilizado para cortar outros materiais fusíveis, como a cerâmica. O gás de corte é o azoto ou o árgon, e o ar com uma pressão de 2 a 20 bar é soprado através da incisão.
O árgon e o azoto são gases inertes, o que significa que não reagem com o metal fundido na incisão, mas que o sopram para o fundo. O gás inerte também protege a aresta de corte da oxidação pelo ar.
O ar comprimido também pode ser utilizado para cortar chapas finas.
A pressão do ar aumentada para 5-6 bar é suficiente para soprar o metal fundido da incisão.
Uma vez que quase 80% do ar é azoto, o ar comprimido corte a ar é essencialmente um método de corte térmico.
Se os parâmetros forem seleccionados corretamente, aparecerão nuvens de plasma na incisão durante o corte por fusão assistida por plasma.
A nuvem de plasma é constituída por vapor metálico ionizado e gás de corte ionizado.
A nuvem de plasma absorve a energia do laser de CO2 e converte-a em calor na peça de trabalho, permitindo que mais energia seja acoplada à peça de trabalho, o que resulta numa fusão mais rápida do metal e num corte mais rápido.
Por isso, o processo de corte é também designado por alta velocidade corte por plasma.
A nuvem de plasma é transparente para o laser sólidoPor isso, o corte por fusão assistido por plasma só pode ser utilizado com o corte por laser de CO2.
O corte por gasificação vaporiza o material e minimiza o efeito térmico no material circundante.
CO2 contínuo processamento a laser pode obter este efeito ao evaporar materiais com pouco calor e elevada absorção, como películas de plástico finas e materiais que não derretem, como madeira, papel e espuma.
Os lasers de impulsos ultracurtos permitem que esta técnica seja aplicada a outros materiais.
Os electrões livres no metal absorvem o laser e aquecem significativamente.
O impulso do laser não reage com partículas fundidas e plasma, e o material sublima diretamente sem transferir energia para o material circundante sob a forma de calor.
Não existe qualquer efeito térmico aparente em picossegundo ablação por impulsos do material, não ocorrendo fusão ou formação de rebarbas.
Fig.3 Corte por gaseificação: o laser faz evaporar e queimar o material. A pressão do vapor expele a escória da incisão
Vários parâmetros afectam o processo de corte a laserAlguns dependem do desempenho técnico do gerador de laser e da máquina de corte a laser, enquanto outros são ajustáveis.
O grau de polarização indica a percentagem do laser que é convertida.
Normalmente, o grau de polarização é de cerca de 90%, o que é suficiente para obter um corte de alta qualidade.
O diâmetro do foco afecta a largura da incisão e pode ser modificado alterando a distância focal da lente de foco. Um diâmetro de focagem mais pequeno resulta em incisões mais estreitas.
A posição focal determina o diâmetro do feixe, a densidade de potência e a forma da incisão na superfície da peça de trabalho.
Fi.4 Posição de focagem: interior, superfície e lado ascendente da peça de trabalho.
O potência do laser deve ser compatível com o tipo de maquinagem, o tipo de material e a espessura.
A potência deve ser suficientemente elevada para que a densidade de potência na peça de trabalho ultrapasse o limiar de processamento.
Fig.5 Uma potência laser mais elevada pode cortar material mais espesso
O modo contínuo é utilizado principalmente para cortar contornos padrão em metais e plásticos com espessuras que variam de milímetros a centímetros.
Para fundir orifícios ou produzir contornos precisos, são utilizados lasers pulsados de baixa frequência.
A potência do laser e a velocidade de corte devem ser compatíveis entre si. Uma velocidade de corte demasiado rápida ou demasiado lenta pode levar a um aumento da rugosidade e formação de rebarbas.
Fig.6 A velocidade de corte diminui com a espessura da placa
O diâmetro do bocal determina o fluxo de gás e a forma do fluxo de ar do bocal.
Quanto mais espesso for o material, maior será o diâmetro do jato de gás e, consequentemente, maior será o diâmetro da abertura do bocal.
O oxigénio e o azoto são normalmente utilizados como gases de corte.
A pureza e a pressão do gás têm um impacto na eficácia do corte.
Ao cortar com uma chama de oxigénio, a pureza do gás deve ser de 99,95%.
Quanto mais espessa for a chapa de açoquanto menor for a pressão de gás necessária.
Ao cortar com azoto, a pureza do gás deve ser de 99,995% (idealmente 99,999%), o que requer uma pressão mais elevada ao fundir e cortar chapas de aço mais espessas.
Durante as fases iniciais do corte a laser, o utilizador deve determinar os parâmetros de maquinação através de operações de teste.
Atualmente, os parâmetros de processamento maduros são armazenados no dispositivo de controlo do sistema de corte, com dados correspondentes para cada tipo de material e espessura.
Os parâmetros técnicos permitem que as pessoas que não estão bem familiarizadas com a tecnologia operem sem problemas o equipamento de corte a laser.
Vários critérios determinam a qualidade das arestas de corte a laser.
Por exemplo, o padrão de formação de rebarbas, de descaimento e de grão pode ser avaliado a olho nu.
O retidãoA rugosidade e a largura da incisão requerem uma medição com instrumentos especializados.
A deposição de material, a corrosão, a região de influência térmica e a deformação são também factores críticos a considerar na avaliação da qualidade do corte a laser.
Também pode consultar o 9 normas para verificar a qualidade do corte a laser.
Fig.7 Bom corte, mau corte
O sucesso contínuo do corte a laser é incomparável com a maioria das outras técnicas, e esta tendência mantém-se atualmente. No futuro, o aplicações do corte a laser tornar-se-á cada vez mais promissor.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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