Como as máquinas de corte a laser realizam o trabalho

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Data de publicação: 12 de abril de 2024

I. Introdução

Com o desenvolvimento da automatização e da inteligência na indústria transformadora, máquinas de corte a laser estão a eliminar os métodos de corte tradicionais com as suas vantagens em termos de precisão, eficiência e flexibilidade. Assim, torna-se a melhor escolha para o processamento de metais e não metais.

Atualmente, as máquinas de corte a laser têm sido aplicadas em vários sectores, tais como veículos automóveis, aeroespacial, eletrónica, semicondutores e instrumentos médicos, para produzir componentes e produções de alta precisão.

De acordo com as estatísticas, a escala do mercado global de máquinas de corte atingiu 1 bilião de dólares, com uma taxa de crescimento anual de 20%.

Perante o rápido desenvolvimento e o grande potencial da tecnologia de corte a laser, é fundamental que as empresas de fabrico e os indivíduos aprendam os seus princípios de funcionamento, penas e aplicações.

Continue a ler; vamos saber mais.

II. Componentes da máquina de corte a laser

Fonte de laser (CO2, fibra, etc.)

A fonte de laser, como parte central de uma máquina de corte a laser, gera um feixe de laser de alta potência. Os tipos normais incluem lasers de CO2, lasers de fibra e lasers YAG. Os lasers de CO2 que atingem uma eficiência de conversão de 20% têm uma eficiência de saída elevada, pelo que são adequados para materiais espessos.

Os lasers de fibra têm uma elevada eficiência de conversão fotoeléctrica, feixes laser de alta qualidade e baixos custos de manutenção, pelo que se tornaram a corrente principal do mercado.

Sistema de emissão de feixes (espelhos e lentes)

A função do feixe e do sistema de entrega é conduzir os feixes laser para as direcções necessárias. As lentes de focagem concentram os feixes laser num pequeno ponto de luz com elevada densidade de potência para terminar o corte a laser.

A distância focal da lente é geralmente de 5 polegadas, e a lente de 7,5 polegadas é utilizada para cortar materiais com espessura superior a 12 mm. O caminho da luz necessita de gases protectores para evitar a poluição da lente e de uma cobertura protetora para evitar danos.

Cabeça de corte e bocal

cabeça de corte

Uma cabeça de corte inclui um nariz, lentes de focagem, um sistema de seguimento e outros componentes.

As formas dos bicos são divididas em paralelas, convergentes e cónicas, e a sua função é conduzir os gases auxiliares de corte.

O sistema seguinte mantém constante a distância entre a cabeça de corte e a superfície do material e divide-se em capacitivo (sem contacto) e indutivo (contacto).

Os dispositivos de acionamento da cabeça de corte são constituídos por um servomotor, um parafuso de avanço e outras peças, que fazem com que a cabeça de corte se desloque ao longo do eixo Z.

Sistema de controlo CNC

Como cérebro de uma máquina de corte a laser, o sistema de controlo CNC controla a base de corte para se mover ao longo dos eixos X, Y e Z. Ao mesmo tempo, controla a potência de saída dos cortadores a laser, obtendo trajectórias de corte precisas.

A qualidade dos componentes determina a precisão e a estabilidade do corte. Os sistemas de controlo CNC mais comuns incluem Beckhoff, PA e Frank.

Cama ou mesa de corte

Uma base ou mesa de corte é utilizada para colocar os materiais a cortar e move-se de acordo com o sistema de controlo CNC. A rigidez e a estabilidade influenciam a precisão do corte.

As estruturas das mesas de corte incluem pórtico, cantilever, viga, etc. Existem também outros tipos de máquinas de corte especiais. Por exemplo, as máquinas tridimensionais de cinco eixos são especiais para a indústria automóvel.

Outras partes

Além disso, as máquinas de corte a laser também estão equipadas com outros componentes que incluem um sistema de arrefecimento, dispositivo de fornecimento de gás, compressor de ar, filtro de secagem de ar, sistema de remoção e exaustão de poeira, dispositivo de descarga de escória e outros equipamentos auxiliares como forma de manter o funcionamento estável da máquina.

Desta forma, é óbvio que uma máquina de corte a laser é composta por instrumentos altamente precisos. Cada peça é parte integrante do conjunto da máquina, o que impõe elevadas exigências ao processo de montagem e às técnicas de fabrico.

III. Tipos de máquinas de corte a laser

Cortadores a laser CO2

Princípios de funcionamento: As máquinas de corte a laser CO2 utilizam a corrente eléctrica para excitar o CO2, o azoto, o hidrogénio e o hélio para gerar lasers com um comprimento de onda de 10,6 microns.

Características: As máquinas de corte a laser CO2 estão entre os instrumentos de corte mais comuns e económicos, com potências que variam entre 25 e 100w.

Características: As máquinas de corte a laser CO2 estão entre os instrumentos de corte mais comuns e económicos, com potências que variam entre 25 e 100w.

Materiais aplicáveis: Os materiais metálicos incluem metais não ferrosos, como placas finas de alumínio. Os materiais não metálicos incluem a madeira, o papel, o acrílico, o couro, os tecidos e os papéis de parede.

Sectores de aplicação: Tem sido amplamente aplicado no corte de materiais não metálicos e no processamento de alimentos, como o processamento de queijo e castanhas.

Cortadores a laser de fibra

Princípio de funcionamento: Os cortadores a laser de fibra utilizam lasers de semente e fibras ópticas especiais para gerar feixes de laser de alta densidade de potência com um comprimento de onda de 1,064 microns.

CaracterísticasAs máquinas de corte a laser de fibra pertencem a lasers sólidos, pelo que não é necessário efetuar manutenção frequente. A sua vida útil é superior a 25000h. A sua eficiência de corte é 3 vezes superior à da máquina de corte a laser CO2. Além disso, as cabeças de corte das máquinas de corte a laser de fibra permitem luz contínua ou pulsada e têm um bom desempenho em termos de adaptabilidade.

Materiais aplicáveis: metais, ligas, não-metais (vidro, madeira e plástico). É adequado para materiais finos.

Sectores de aplicação: Marcação de metais, gravação, marcação de plásticos e outros domínios. A potência relativamente maior dos lasers de fibra é aplicada de forma mais alargada.

Diferenças e aplicações específicas

CaracterísticasCortadores a laser CO2Cortadores a laser de fibra
Materiais aplicáveismateriais não metálicos: madeira, acrílico, cortinasmetais e não metais
Eficiênciarelativamente mais baixosuperior
Precisãogeralsuperior
Manutençãofácilfácil
Relação custo-eficáciasuperiorsuperior
Tendências do mercadogeralmente substituídos por lasers de fibracorrente principal

De um modo geral, os cortadores a laser CO2 com uma melhor relação custo-eficácia são utilizados principalmente para cortar não metais; os cortadores a laser de fibra com elevada adaptabilidade e eficiência são mais fáceis de manter.

Ao escolher as máquinas de corte a laser, deve ter em conta os materiais a cortar, a eficiência, a manutenção e o custo.

No entanto, com um desempenho perfeito, as máquinas de corte a laser de fibra estão gradualmente a substituir os cortadores a laser de CO2 para emergir como a corrente principal no mercado.

À medida que a tecnologia se desenvolve e os custos diminuem, as máquinas de corte a laser terão uma aplicação mais alargada na indústria.

IV. Como funciona o corte a laser: Passo a passo

Geração de laser

Os lasers são os principais componentes das máquinas de corte a laser. Normalmente contêm lasers de CO2, lasers de fibra e lasers YAG. Tomemos o laser de CO2 como exemplo.

São constituídos por um tubo de vidro cheio de gases fixos como o CO2, o azoto e o hélio. Quando correntes eléctricas de alta pressão atravessam estes gases, as moléculas de CO2 são inspiradas a atingir um nível de energia elevado.

Enquanto as moléculas de CO2 de um nível de energia mais elevado regressam a um nível de energia baixo, será libertada luz infravermelha com um comprimento de onda de 10,6μm, que é um laser de CO2.

Focalização e direção do feixe

Os feixes de laser gerados por um laser são primeiro reflectidos por uma série de reflectores para alterar as suas direcções de irradiação. Em seguida, as lentes de focagem concentram os feixes de laser num pequeno ponto de luz com um diâmetro inferior a 0,3 mm.

Por último, os feixes laser focalizados de elevada densidade de potência podem aquecer rapidamente o material até aos pontos de fusão ou de evaporação.

Material a derreter, queimar ou vaporizar

Quando irradiados por feixes de laser com uma elevada densidade de potência, os materiais absorventes de energia atingem uma temperatura elevada.

No entanto, os diferentes materiais respondem de forma diferente aos lasers, pelo que necessitam de potências laser diferentes, geralmente entre 1-6kw.

Quando a temperatura ultrapassa o seu ponto de fusão, os materiais começam a fundir-se; quando ultrapassa o ponto de ebulição, começam a evaporar-se e a formar vapor. O material derretido e vaporizado será removido dos siltes de corte, formando entalhes.

Gás de assistência para remoção de material

Para acelerar a remoção de materiais fundidos e vaporizados, os cortadores a laser injectam gás de alta pressão, como o oxigénio e o nitrogénio, durante o corte. Os gases podem soprar a fusão para fora dos siltes para evitar que os noches voltem a soldar e proteger as lentes de focagem de danos.

No caso de alguns materiais activos ao oxigénio, como o aço inoxidável, são normalmente adoptados gases inertes, como o azoto, para evitar a oxidação dos entalhes.

Controlo CNC para percursos de corte precisos

Sob o controlo do sistema de controlo CNC, a cabeça de corte move-se com precisão de acordo com os percursos de corte pré-programados.

A precisão de posicionamento moderna da máquina de corte a laser atingiu 0,052 mm. Assim, são capazes de cortar padrões complicados e precisos.

Além disso, os sistemas de controlo CNC também podem ajustar parâmetros como a potência do laser, a velocidade de corte e o fluxo de gás para obter uma operação totalmente automatizada, o que melhora consideravelmente a produtividade.

V. Vantagens do corte a laser

Elevada precisão e exatidão

Devido aos pequenos diâmetros de um feixe laser, pode cortar com precisão o padrão. Os diâmetros dos pontos de luz focados são inferiores a 0,33 mm.

A adoção do processamento sem contacto significa que o corte a laser não requer o uso de ferramentas de corte. Assim, a precisão do corte não diminui devido aos longos períodos de corte.

Integradas com um sistema de controlo CNC, as máquinas de corte a laser podem ser operadas automaticamente. A precisão de posicionamento pode atingir 0,05 mm, muito inferior ao processamento mecânico tradicional.

As áreas estreitas afectadas pelo calor indicam que os materiais em torno dos sedimentos de corte são pouco afectados. Por conseguinte, a pequena deformação da peça de trabalho garante a precisão do tamanho.

Versatilidade no corte de vários materiais

Os cortadores a laser permitem cortar vários materiais, incluindo metais, não metais e vários materiais compósitos.

Devido à diferente capacidade de absorção dos materiais, os parâmetros de corte devem ser ajustados em conformidade. No entanto, deve ter em atenção que apenas os parâmetros de saída devem ser ajustados sem alterar as ferramentas de corte.

As máquinas de corte a laser tridimensionais podem cortar em qualquer superfície sem ajuste artificial do ângulo, o que alarga a gama de materiais aplicáveis.

Redução do desperdício de material e cortes limpos

Graças à elevada qualidade e flexibilidade, o corte a laser permite reduzir ao máximo os desperdícios e produzir cortes limpos.

Possui cortes estreitos, que variam de 0,1-0,3mm, resultando em altas taxas de utilização. Integrada com um sistema de controlo CNC, permite a composição automática para reduzir o desperdício.

Durante o corte, são injectados gases a alta pressão para soprar a massa fundida, de modo a que esta não adira aos cortes. Por conseguinte, as superfícies dos cortes são lisas e limpas.

O gás inerte pode ser utilizado para proteger materiais facilmente oxidados, como o aço inoxidável, para evitar a descoloração dos cortes causada pela oxidação.

Tempos de produção mais rápidos

Com a sua rápida velocidade de corte e elevada eficiência, os cortadores a laser podem reduzir significativamente os tempos de produção. A velocidade de um cortador a laser pode atingir vários metros por minuto, o que é várias vezes superior à dos métodos de corte tradicionais.

Sem instalar e fixar a peça de trabalho, um cortador a laser está livre de carregar e descarregar materiais para poupar tempo. Com a ajuda de um sistema automático de carga e descarga, os cortadores a laser possuem maior eficiência.

As máquinas de corte a laser permitem uma moldagem única sem processamento duplo, poupando tempo para o processamento subsequente.

Automatização e repetibilidade

As máquinas de corte a laser podem ser facilmente automatizadas e normalizadas, pelo que são adequadas para a produção em lotes.

A maioria das máquinas de corte a laser modernas equipadas com sistemas de controlo CNC podem funcionar automaticamente, reduzindo os custos de mão de obra.

Os sistemas de controlo CNC que armazenam os programas de corte podem obter chamadas rápidas e garantir a repetibilidade e consistência do processamento

A baixa manutenção significa que não há necessidade de mão de obra adicional, uma vez que apenas é necessário mudar a água de arrefecimento e manter os sistemas ópticos regularmente.

De um modo geral, a máquina de corte a laser de alta precisão, eficiência e flexibilidade e baixos custos são favorecidos pela fabricação, promovendo o desenvolvimento inteligente e verde da indústria de fabricação.

VI. Aplicações do corte a laser

Indústria automóvel

Corte de peças de carroçariacortadores a laser: podem cortar com rapidez e precisão painéis de carroçaria como portas, ganchos e tampas de bagageira. Produz cortes de alta qualidade e provoca pequenas deformações.

Corte de decorações interiores: A maior parte das decorações interiores, incluindo os painéis de instrumentos, os painéis centrais de controlo e as estruturas dos bancos, são produzidas por máquinas de corte a laser, capazes de produzir padrões complicados e precisos.

Aeroespacial e defesa

Corte da pele de um avião: Os lasers podem cortar com precisão e eficácia as peles dos aviões, especialmente as que têm curvas complexas e orifícios com formas especiais.

Corte de produtos militares: podem produzir os principais componentes de produtos militares, incluindo peças de armas de fogo, munições, veículos blindados e navios de guerra.

Eletrónica e semicondutores

Corte de pastilhas semicondutoras: As máquinas de corte a laser podem ser utilizadas durante o embalamento de semicondutores para cortar bolachas e separar chips com poucos danos e a alta velocidade.

Corte de componentes electrónicos: podem processar substratos cerâmicos e plásticos de componentes electrónicos, tais como resistências, condensadores e conectores.

Dispositivos médicos

Corte de dispositivos médicos: O bisturi, a serra ortopédica, a tesoura médica e outros instrumentos podem ser produzidos por um cortador a laser, o que garante a acidez e a suavidade do fio de corte.

Corte de implantes médicos: As articulações artificiais, as estruturas de fixação óssea e outros implantes são normalmente fabricados a partir de materiais processados duros, como o titânio, pelo que o corte a laser é uma forma inteligente de moldagem.

máquina de corte a laser

VII. Conclusão

Neste artigo, expliquei a definição, os princípios de funcionamento, os tipos, as aplicações e as vantagens das máquinas de corte a laser, o que lhe fornece um guia completo para a máquina.

Como um dos maiores exportadores da China, a nossa empresa possui 4 décadas de história de I&D de máquinas de corte a laser. Os nossos cortadores a laser com excelente desempenho são uma escolha sábia para si. Se estiver interessado nos nossos produtos, pode navegar na nossa página de produtos. Bem-vindo ao contacte-nos.

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