Faça a sua própria máquina de corte a laser

Controlados pelo computador, os feixes de laser podem incidir numa pequena área da superfície para derreter e evaporar os materiais e, em seguida, utilizar gases de alta pressão para os soprar. Desta forma, o corte é concluído. As máquinas de corte a laser, devido à sua elevada velocidade, precisão e eficiência, são amplamente utilizadas na indústria transformadora.

As máquinas de corte a laser pessoais oferecem uma comodidade sem precedentes e possibilidades criativas para os entusiastas da bricolage e para os fabricantes de pequena escala.

Com o desenvolvimento da tecnologia, as máquinas de corte a laser "faça você mesmo" constituem uma solução económica. Os utilizadores podem escolher e fabricar as suas máquinas de corte a laser, o que não só reduz o limiar de entrada, como também permite que os indivíduos e as pequenas empresas inovem e produzam com a máquina.

De um modo geral, as máquinas de corte a laser, devido à sua elevada precisão e eficiência e à sua vasta aplicação, asseguram um lugar no fabrico moderno. A invenção de cortadores laser pessoais traz novas oportunidades para os amadores de cortadores laser e para as pequenas empresas.

As máquinas de corte a laser económicas surgem como uma ferramenta poderosa para a inovação e a produção.

II. Compreensão das máquinas de corte a laser

Como funcionam os cortadores a laser

Antes da minha introdução, gostaria de partilhar um vídeo convosco para que tenham uma aprendizagem intuitiva e possam digerir os conceitos abstractos.

Depois de terminar o vídeo, vamos aprofundar para aprender algo profissional. Uma máquina de corte a laser utiliza energia de alta densidade para incidir na superfície da peça de trabalho. Assim, a temperatura da superfície sobe para os pontos de fusão e evaporação. Desta forma, o corte é concluído.

Durante o corte, as cabeças de corte controladas pelo sistema CNC deslocam-se ao longo das trajectórias concebidas e, ao mesmo tempo, os gases de corte são pulverizados a partir do bocal para soprar a massa fundida de modo a formar os sedimentos de corte.

As máquinas de corte a laser produzem pequenas áreas afectadas pelo calor, sedimentos estreitos e cortes de alta qualidade, o que constitui um tipo de método de corte sem contacto.

Tipos de cortadores a laser

Os cortadores a laser podem ser divididos em diferentes categorias de acordo com diferentes critérios. Neste artigo, abordamos principalmente os aspectos do tipo de laser, estrutura, material de corte e potência do laser.

1. Classificados por tipo de laser:

(1) Máquinas de corte a laser CO2:

Utilizam gases de CO2 como meio laser e geram lasers através da excitação de corrente eléctrica. Os cortadores a laser de CO2 são adequados para materiais não metálicos, como madeira, plástico e acrílico, e também cortam metais. Os seus comprimentos de onda são de cerca de 10,6μm.

(2) Corte a laser de fibra máquinas:

Utilizam fibras ópticas dopadas com elementos de terras raras como meio laser. Os lasers são gerados através de bombagem por díodos. As máquinas de corte a laser de fibra são utilizadas principalmente para o corte de metais, como o aço-carbono, o aço inoxidável e a liga de alumínio. O comprimento de onda dos lasers de fibra é de 1,06 μm, possuindo uma velocidade de transmissão de luz eléctrica e de corte relativamente elevada.

(3) Máquinas de corte a laser YAG:

Utilizam uma fonte de laser de estado sólido, sendo o seu meio laser tipicamente a granada de ítrio-alumínio dopada com neodímio (Nd: YAG). Esta máquina é utilizada principalmente para cortar materiais metálicos e é especialmente adequada para processar chapas metálicas mais finas.

2. Classificados por estrutura:

(1) Máquina de corte a laser de pórtico:

Durante o corte, o laser é fixo enquanto a peça de trabalho se move. São adequados para materiais de grandes dimensões ou para a indústria pesada.

(2) Máquina de corte a laser cantilever:

Neste tipo de máquina, a cabeça do laser é fixada numa extremidade e a máquina é adequada para peças de trabalho de pequena ou média dimensão.

(3) Máquina de corte a laser de braço robótico:

A máquina utiliza um braço robótico para efetuar o corte a laser. É adequada para cortes complexos ou tridimensionais.

3. Classificados por materiais de corte:

(1) Máquina de corte a laser para metal:

São adequadas para cortar vários metais, como o aço inoxidável e o aço-carbono.

(2) Máquina de corte a laser não metálica:

Cortam madeira, plástico, papel e outros materiais não metálicos.

4. Classificados por potência laser:

(1) Máquina de corte a laser de baixa potência:

As máquinas de corte a laser de baixa potência são adequadas para materiais finos ou aplicações de corte com requisitos reduzidos.

(2) Máquina de corte a laser de média potência:

Máquinas ideais para o corte de materiais de espessura média, equilibram a velocidade de corte e o custo do equipamento.

(3) Máquina de corte a laser de alta potência:

São utilizados para materiais espessos e podem satisfazer as exigências de produção em massa.

Componentes principais (fonte laser, sistema de controlo, sistema de movimento, mesa de corte)

1. Fonte de laser:

Como componentes principais de uma máquina de corte a laser, a fonte de laser gera lasers de acordo com diferentes meios. As máquinas de corte a laser de CO2 utilizam gases CO2; as máquinas de corte a laser de fibra utilizam fibra dopada; as máquinas de corte a laser de cristal utilizam d: YAG e Nd: YVO

2. Sistema de controlo:

O sistema de controlo, que é a mente de uma máquina de corte a laser, aceita as instruções e os padrões de corte introduzidos pelo utilizador e controla a saída da fonte de laser e o movimento do sistema de movimento para obter um corte preciso. O sistema de controlo inclui um sistema de controlo CNC e software dedicado.

3. Sistema de movimento:

O sistema de movimento inclui o servo-motor, as calhas de guia, os dispositivos de transmissão, etc. Acciona a cabeça de corte para se deslocar ao longo dos percursos concebidos. A precisão e a estabilidade do sistema de movimento determinam diretamente a qualidade e a eficiência do corte.

4. Cama de corte:

Como área de trabalho das máquinas de corte a laser, a base de corte é utilizada para dispor e fixar a peça de trabalho. O tamanho da base de corte deve ter em consideração muitos factores, tais como o tamanho e o peso do material e a estabilidade durante o corte.

Com base no exposto, o tipo e os principais componentes de uma máquina de corte a laser decidem o seu desempenho, aplicação e qualidade de corte. Por conseguinte, as máquinas adequadas e a compreensão dos seus componentes cumprem o seu papel no corte de alta precisão e qualidade.

III. Planear o seu cortador a laser DIY

Ao planear fazer os seus próprios cortadores a laser DIY, deve considerar muitos elementos, incluindo exigências claras, orçamentos calculados, fonte e potência do laser, área de corte e tamanho da máquina.

Determine as suas necessidades e o seu orçamento.

Antes de mais, esclareça as suas necessidades de corte. É o primeiro passo. O tipo de material que vai cortar e a sua espessura são as questões que devem ser resolvidas. Para além disso, a precisão de corte e a velocidade da máquina pretendida são importantes.

Com base nestes requisitos, é decidido um intervalo de orçamento razoável, que deve incorporar os componentes, materiais e ferramentas ou software adicionais necessários.

Escolher um modelo de cortador a laser (pórtico, de correia, de cremalheira e pinhão)

Os três principais tipos de cortadores a laser DIY são os cortadores a laser de pórtico, os cortadores a laser de correia e os cortadores a laser de cremalheira e pinhão.

A estrutura de design do pórtico é estável e adequada para tarefas de corte em grande escala; o sistema de acionamento por correia tem um custo mais baixo, instalação simples e é adequado para trabalhos leves e de média precisão; o acionamento por cremalheira oferece maior precisão e velocidade, tornando-o adequado para cortes precisos.

Espero que possa selecionar o tipo mais adequado com base nas suas necessidades e orçamentos.

Selecionar a fonte de laser e a potência adequadas

A fonte de laser decide diretamente o desempenho e os custos do corte. As fontes de laser mais comuns incluem o laser de CO2, o laser de fibra e o laser de díodo. Os cortadores a laser de CO2 são adequados para o corte de não metais, enquanto o laser de fibra pode lidar com o corte de metais. Ao escolher uma fonte de fibra, deve ter em conta a potência do laser. Quanto maior for a potência, maior será a velocidade de corte e a capacidade de manuseamento da espessura do material.

A seleção da potência e da fonte do laser deve basear-se nos principais materiais de corte e nos orçamentos.

Considerar a área de corte e o tamanho da máquina.

O tamanho da área de corte decide o tamanho físico da máquina, o que também influencia o local de armazenamento e os requisitos de espaço de trabalho. Por isso, é necessário determinar a área máxima de corte para escolher a máquina adequada. Uma área de corte maior requer uma fonte de laser mais potente para garantir a precisão.

De acordo com as etapas acima, pode planear e conceber sistematicamente a sua máquina de corte a laser "faça você mesmo" para realizar uma produção criativa em casa ou na oficina.

IV. Recolha de materiais e componentes

Fonte de laser (tubo de laser de CO2, módulo de laser de díodo)

Tubos laser CO2 são a fonte de luz mais utilizada nas máquinas de corte a laser, com uma gama de potências geralmente entre 20-180W e um comprimento de onda de 10,6μm. São adequados para cortar materiais não metálicos, como madeira, acrílico, tecido, etc. Os tubos laser de CO2 têm uma vida útil relativamente longa, mas são de grandes dimensões e requerem refrigeração a água.

Módulos de laser de díodo desenvolveram-se rapidamente nos últimos anos, com uma potência que atinge os 40w e um comprimento de onda de 445-455nm. São mais baratos do que os tubos laser de CO2, mais pequenos e podem ser arrefecidos por ar. No entanto, só são adequados para cortar materiais finos e a sua velocidade é também mais lenta do que a dos tubos laser de CO2.

Sistema de controlo de movimentos

Motores são normalmente utilizados como dispositivos de acionamento, capazes de controlar com precisão o movimento da cabeça do laser nas direcções X e Y.

Espelhos e lentes

Espelhos reflectores são utilizados para alterar a direção de transmissão dos lasers de CO2. Os materiais comuns incluem silício ou cobre, com uma superfície banhada a ouro, atingindo uma refletividade superior a 99% para lasers de comprimento de onda de 10,6μm.

Uma lente de focagem concentra o feixe de laser num único ponto da superfície do material a cortar, sendo o seleneto de zinco um material habitualmente utilizado. A distância focal da lente varia geralmente entre 2-5 polegadas, com uma abertura de 18-25mm^3. Os lasers de díodos normalmente não necessitam de espelhos; apenas é necessária uma lente de focagem.

Caixa de segurança e ventilação

Durante o corte, são geradas poeiras e gases venenosos. Por isso, são necessários sistemas de ventilação para libertar os gases residuais para a atmosfera. Mas deve ter em atenção que o caudal de ar da máquina de exaustão tem de corresponder ao tamanho da largura de corte.

As máquinas de corte a laser devem estar equipadas com coberturas de proteção para evitar que o laser danifique os olhos e a pele. O material de cobertura, como o vidro e o acrílico, pode bloquear o laser do comprimento de onda de trabalho. Os requisitos de proteção para os lasers de díodo azul de 455 nm são inferiores aos dos lasers de CO2 de 10,6 μm.

Em suma, os tubos laser de CO2 cortam mais rapidamente e são adequados para lotes de produção, mas requerem custos mais elevados e uma manutenção elevada. Enquanto os módulos laser de díodo são mais baratos e portáteis, mas limitados em termos de desempenho de corte, pelo que são adequados para pequenos lotes de produção e corte de materiais finos, preferidos pelos amadores de máquinas de corte a laser.

V. Processo de construção passo a passo

1. Construção do quadro

Construção do quadro da máquina:

Utilizar perfis de alumínio ou materiais de aço para construir a estrutura estável e assegurar que todos os componentes são paralelos e perpendiculares.
Deve ser reservado espaço para o sistema de deslocação, a mesa de corte e outras peças.

Montagem do pórtico ou do sistema de movimento:

Instale os sistemas de movimento dos eixos Y e Y na estrutura, normalmente utilizando uma transmissão por correia ou por parafuso.
A tensão da correia ou a porca do parafuso devem ser ajustadas para garantir um funcionamento estável sem gaguejar ou estagnar.
Instalação da estrutura para cima e para baixo da cabeça do laser; utilização de parafusos de avanço ou parafusos de esferas para garantir a precisão do movimento do eixo Z.

Instalação da mesa de corte:

Deve ser instalada uma base de corte em favo de mel na parte inferior da estrutura para suportar a peça de trabalho.
A cama deve ser mantida nivelada e vertical em relação à cabeça do laser e a sua altura deve ser regulável.

2. Configuração do laser e da ótica

Montagem da fonte laser:

Fixar os tubos laser de CO2 e o módulo laser de díodo na estrutura. Devemos prestar atenção à dissipação de calor e à proteção contra choques, de modo a prolongar a sua vida útil.
Ligar as fontes de energia de alta pressão ou as fontes de energia motrizes e assegurar que o fio está corretamente ligado e isolado.

Alinhamento de espelhos e lentes:

Devem ser instalados espelhos reflectores na boca de saída do laser. Os seus ângulos devem ser ajustados de modo a permitir que o feixe laser dispare verticalmente.
As lentes de focagem estão instaladas na cabeça de corte e a distância focal deve ser ajustada para focar o raio laser na superfície do material.
A afinação contínua pode otimizar os percursos da luz de modo a melhorar o desempenho de corte.

Ligação do arrefecimento a água (se aplicável):

Equipar os tubos de laser de CO2 com um sistema de arrefecimento a água, ligado aos tubos de entrada e de retorno da água.
Verificar se a ligação do canal de água está apertada e fechada, de modo a garantir a circulação sã e suave da água de arrefecimento sem fugas.

3. Eletrónica e cablagem

Ligação de motores passo a passo e interruptores de fim de curso:

Os motores são ligados nos eixos X, Y e Z para garantir as ligações correctas.
Instalar interruptores de fim de curso em ambas as extremidades do eixo de movimento e ligá-los à placa de controlo para evitar colisões entre as cabeças de laser.

Ligação da placa de controlo do laser:

Ligar a placa de controlo do laser, a fonte de alimentação e o controlador e selecionar os métodos de ligação adequados com base nos respectivos tipos.
Verifique cuidadosamente a ligação dos fios para garantir a transmissão correcta do sinal, de modo a não queimar outros componentes.

Instalação da alimentação eléctrica e da paragem de emergência:

Ligar a fonte de alimentação adequada para alimentar o laser, a placa de controlo e o motor.
Equipar um interrutor de paragem de emergência para cortar a fonte de energia e garantir a segurança em caso de emergência.

4. Configuração do software

Instalação e configuração do software de controlo:

Deve selecionar um software de controlo compatível com base no tipo de placa de controlo.
De acordo com a configuração do software, defina a potência do laser, a velocidade e os parâmetros de corte.

Calibração do cortador a laser:

Ajustar a posição relativa entre a cabeça do laser e a mesa de corte para garantir uma focagem precisa.
Execute o programa de calibração para verificar a precisão e a repetibilidade do movimento nas direcções X, Y e Z.

Execução de cortes de teste:

Prepare os materiais testados, como a madeira e o acrílico, e fixe-os na mesa de corte.
Desenhe um padrão de corte simples e envie-o para a sua máquina de corte a laser para ser testado. Tanto circular como quadrado são aceitáveis.
Avaliar os resultados do corte e, em seguida, otimizar os parâmetros de corte para preparar o corte real.

Seguindo os passos que descrevi acima, pode fazer a sua própria máquina de corte a laser. Não é interessante? Seguindo os passos e as precauções que enumerei, acredito que irá adquirir uma compreensão mais profunda das máquinas de corte a laser enquanto aprende conhecimentos sobre uma máquina de corte a laser. Por isso, sem mais demoras, vamos começar a fazer a nossa própria máquina de corte a laser.

VI. Conclusão

O início deste artigo aborda a definição de máquinas de corte a laser, os seus princípios de funcionamento e classificações pormenorizadas para o ajudar a compreender esta máquina e melhorar a sua compreensão do conteúdo seguinte.

O principal objetivo deste artigo é a preparação de peças e o processo de fabrico de máquinas de corte a laser. Acredito que, depois de ler o meu artigo, ficará a compreender melhor como fabricar uma máquina de corte a laser.

A nossa empresa, ADH Machine Tool, tem um conhecimento científico abundante em relação às máquinas de corte a laser, e temos operadores altamente profissionais. Nós vendemos máquinas de corte a laser e peças de máquinas.

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