Os cortadores a laser podem cortar metal?

I. Introdução

Na indústria transformadora moderna, diversificada e sofisticada, a tecnologia de corte a laser desempenha um papel indispensável em várias indústrias devido às suas vantagens distintivas e à sua ampla adaptabilidade.

Quer se trate do fabrico de estruturas complicadas na indústria aeroespacial, do corte criativo de gráficos na indústria de decoração publicitária, do processamento de precisão de peças sobresselentes na indústria automóvel ou mesmo do fabrico de micropeças para a indústria eletrónica, máquinas de corte a laser pode conseguir uma utilização eficaz e a criação artística de materiais com elevada precisão, alta velocidade e design flexível.

No entanto, há um problema central das máquinas de corte a laser que desperta a atenção das pessoas, apesar da sua aplicação generalizada: as máquinas de corte a laser podem cortar metal? A resposta é sim; esta caraterística é o fator chave para se destacar em muitas indústrias.

A tecnologia de corte a laser não só pode lidar com uma variedade de materiais metálicos, incluindo aço inoxidável, aço carbono, alumínio e cobre, como também pode evitar tensões mecânicas na peça de trabalho, mantendo uma precisão de corte extremamente elevada devido às características de fabrico sem contacto, melhorando assim consideravelmente a qualidade e a vida útil.

Simultaneamente, a tecnologia de corte a laser desempenha um papel cada vez mais importante na indústria de processamento de metais devido à sua velocidade rápida, pequena área de influência do calor e características de corte suaves e planas.

A nossa passagem irá aprofundar a forma como a tecnologia de corte a laser corta diferentes tipos de metais com elevada eficiência e precisão, as vantagens desta tecnologia e as suas tendências futuras no fabrico de metais.

II. Compreender a tecnologia de corte a laser

Definição e breve história do corte a laser

A técnica de corte a laser é uma técnica que utiliza um feixe de laser de alta densidade de energia para irradiar localmente o material, fazendo com que a área irradiada derreta rapidamente, vaporize ou atinja o ponto de ignição, alcançando uma tecnologia de corte precisa.

Esta tecnologia remonta ao final dos anos 60 e foi inicialmente utilizada nos domínios da investigação científica.

Com o desenvolvimento da tecnologia laser e a diminuição dos custos, o corte a laser é gradualmente utilizado na produção industrial, sendo amplamente aplicado no fabrico de chapas metálicas, no fabrico de automóveis, na indústria aeroespacial, na maquinaria de precisão e noutras indústrias.

Tipos de lasers utilizados no corte de metais

Existem três tipos principais de laser no corte de metais:

lasers de CO₂: O laser de CO₂ é o equipamento de corte a laser mais comum e mais utilizado no mercado. Ele usa uma mistura de gás CO₂ como substância de trabalho e gera feixes de laser constantes e pulsados. Possui alta potência, boa qualidade de feixe de laser e velocidade de corte rápida, que é adequada para a maioria dos metais e corte de material não metálico.

Lasers de fibraOs lasers de fibra foram desenvolvidos rapidamente e amplamente utilizados em poucos anos devido à sua estrutura compacta, alta eficiência e baixo custo de manutenção. O seu princípio de funcionamento consiste em utilizar fibra dopada com elementos de terras raras como meio de ganho, e o comprimento de onda do laser gerado é muito mais curto, o que é mais adequado para o corte de materiais metálicos. O efeito de corte é particularmente bom em materiais metálicos altamente reflectores, como o aço inoxidável, o aço carbono e o alumínio.

Lasers sólidos YAG: Os lasers sólidos YAG são apreciados em áreas específicas devido à sua elevada estabilidade e durabilidade. Adota o cristal como meio laser e gera lasers que podem produzir comprimentos de onda no infravermelho próximo, adequados para corte de chapas finas de metal e materiais não metálicos. Embora sua potência seja menor do que o laser de CO₂ e o laser de fibra, ele ainda se destaca em algumas aplicações de corte de metal refinadas e de alta precisão.

III. A mecânica do corte de metais por laser

Antes de mais, é fundamental compreender o princípio básico de funcionamento do corte a laser. O componente principal de uma máquina de corte a laser é um gerador de laser, que pode produzir um feixe monocromático altamente concentrado, que é o laser.

Este laser possui uma densidade de potência extremamente elevada e pode ser focado pelo sistema ótico num ponto extremamente fino com um diâmetro de apenas dezenas a centenas de microns, tornando a energia por unidade de área altamente concentrada.

Quando um feixe de laser de alta intensidade atinge uma superfície metálica, são gerados dois tipos de efeitos físicos principais: absorção e reflexão.

Quanto ao laser de comprimento de onda específico, o material metálico absorverá partes da energia do laser, e essas partes de energia serão rapidamente transformadas em energia térmica, fazendo com que a temperatura de uma área local do metal aumente acentuadamente num curto período de tempo, atingindo o ponto de fusão ou mesmo o ponto de ebulição.

Ao mesmo tempo, a restante energia laser não absorvida pode ser reflectida ou dispersada.

Uma vez que as partes do material metálico estejam num estado fundido ou vaporizado, a cabeça de corte a laser move-se a uma velocidade predefinida e guia o feixe de laser ao longo de um caminho concebido, realizando assim o corte preciso em direção ao material metálico.

Uma vez que a energia do raio laser é altamente concentrada e a velocidade de transferência é rápida, a maior parte do calor gerado durante o processo de corte é meramente restringido a uma pequena área, garantindo que o material circundante não será afetado pelo calor e assegurando a qualidade e precisão da aresta de corte.

Além disso, o corte de chapas metálicas espessas é geralmente assistido pela injeção de gás a alta pressão (como oxigénio, nitrogénio, etc.)

Por um lado, estes gases podem eliminar as escórias produzidas durante o processo de corte e manter a boca de corte limpa.

Por outro lado, o O2 pode servir como um acelerador de combustão para acelerar as reacções de oxidação do metal, aumentando ainda mais a velocidade e a eficiência do corte.

IV. Cortadores a laser e metais

Tipos de metais adequados para o corte a laser

A tecnologia de corte a laser pode ser utilizada para cortar vários tipos de materiais metálicos, incluindo aço carbono, aço silício, aço inoxidável, liga de alumínio e liga de titânio.

Estes materiais têm diferentes requisitos para máquinas de corte a laser. Por exemplo, a máquina de corte a laser CO₂ pode cortar aço carbono dentro de 20 mm, aço inoxidável dentro de 10 mm e liga de alumínio dentro de 8 mm.

Isto prova que é muito importante escolher máquinas de corte a laser adequadas para obter um corte de metal de alta qualidade.

Factores que influenciam o corte de metais com lasers

Espessura do metal: A espessura da chapa metálica é o fator chave para determinar a eficiência e a qualidade do corte a laser. O material metálico mais fino é mais fácil de penetrar e cortar rapidamente por laser, e o aumento da espessura pode necessitar de uma maior potência laser e de uma velocidade de corte mais lenta para garantir a qualidade dos cortes.

Necessidades de potência laser: diferentes materiais e espessuras de metal têm diferentes requisitos de potência laser. A potência laser mais elevada pode derreter rapidamente a peça de trabalho e soprar eficazmente o material fundido com gás auxiliar. A escolha da potência laser adequada não está apenas relacionada com a eficiência do corte, mas também afecta diretamente os custos de maquinação e a qualidade da peça.

O papel do tipo de laser no corte de metais

O laser CO₂ é adequado para cortar materiais não-metálicos e metálicos dentro de um determinado intervalo devido às suas características de comprimento de onda longo. E a máquina de corte a laser CO₂ mostra boa adaptabilidade para chapa média e grossa de aço carbono e aço inoxidável.

No entanto, com o avanço da tecnologia de laser de fibra, especialmente para a otimização de aplicações de corte de metal, as vantagens das máquinas de corte a laser de fibra estão a tornar-se cada vez mais proeminentes.

Uma vez que o feixe de luz de onda curta e longa gerado pelos lasers de fibra é mais facilmente absorvido pelo metal, pode apresentar uma eficiência de conversão electro-ótica mais elevada, um custo de funcionamento mais baixo e propriedades de corte mais estáveis ao cortar metais como o aço inoxidável, o aço carbono e a liga de alumínio.

Além disso, os lasers de fibra apresentam estruturas apertadas e manutenção simples, o que os torna o equipamento principal na esfera moderna do corte de metal.

Em suma, para escolher o tipo de máquina de corte a laser, os tipos de metal e a espessura a considerar, será feita uma avaliação exaustiva de acordo com as necessidades reais de produção, as vantagens económicas e as tendências futuras de desenvolvimento tecnológico.

Limitações de espessura: Que espessura podem ter os cortadores a laser?

CO₂ máquina de corte a laser:

Quanto ao aço macio, as máquinas de corte a laser CO₂ de nível industrial podem lidar com placas mais grossas que variam de 0,5 mm a 25 mm, e o equipamento de alta potência pode ser de até 30 mm.

Quanto ao aço inoxidável e ao alumínio, devido à diferente eficiência de absorção da energia laser, a espessura que pode ser cortada é inferior à do aço macio com a mesma potência, cerca de 0,5 mm a 20 mm.

Máquina de corte a laser de fibra:

As máquinas de corte a laser de fibra apresentam vantagens proeminentes no corte de chapas metálicas finas, como aço inoxidável, aço carbono e ligas de alumínio, devido à sua maior eficiência de conversão electro-ótica e qualidade de feixe mais concentrada.

Quanto às chapas metálicas finas (como 0,5 mm a 40 mm), a máquina de corte a laser de fibra apresenta excelentes efeitos de corte e precisão.

Com a melhoria da potência, as peças das máquinas de corte a laser de fibra topo de gama podem cortar chapas de metal até 80 mm a 100 mm.

No entanto, na aplicação real, a espessura de corte específica está relacionada com muitos factores, como a velocidade de processamento, os requisitos de precisão, a qualidade do corte e a economia.

Para além disso, no caso de materiais metálicos muito espessos, são frequentemente necessários processos de corte multi-passos ou compostos.

V. Vantagens da utilização de máquinas de corte a laser para metais

Precisão e exatidão

As principais vantagens da tecnologia de corte a laser residem na sua extraordinária exatidão e precisão. Os feixes de laser podem ser focados em pontos minúsculos e deslocar-se com precisão ao longo de um percurso predefinido, conseguindo um corte fino ao nível dos microns.

Esta elevada precisão garante a consistência do tamanho das peças e um controlo rigoroso das tolerâncias, especialmente adequado para produzir componentes precisos e padrões complicados.

Além disso, devido ao processamento sem contacto do corte a laser, evita a deformação e o stress causados pelo corte mecânico tradicional, melhorando ainda mais a qualidade da peça de trabalho.

Velocidade de processamento

Em comparação com os métodos tradicionais de corte de metal (como a estampagem, o corte por plasma ou o corte por jato de água), a velocidade do corte a laser está aparentemente a melhorar.

O corte a laser é constante e rápido, sem necessidade de substituir ferramentas e ajustar o equipamento, reduzindo consideravelmente o período do ciclo de produção.

Especialmente na produção em grande escala e nas operações de linha de montagem, as máquinas de corte a laser podem trabalhar de forma estável e constante a alta velocidade, melhorando significativamente a eficiência da produção.

Diversidade e adaptabilidade do material e da forma

As máquinas de corte a laser apresentam uma boa gama de aplicações de materiais, que podem cortar eficazmente vários materiais metálicos, incluindo aço macio, aço inoxidável, alumínio, cobre e até ligas e metais especiais.

Ao mesmo tempo, o corte a laser não se limita à complexidade dos padrões, quer se trate de um simples corte reto ou de um contorno curvo complexo, mesmo as peças bidimensionais ou tridimensionais, pode ser facilmente terminado.

Isto dá aos designers mais liberdade e espaço criativo na conceção de produtos, promovendo o fabrico a um nível mais elevado de desenvolvimento personalizado e por medida.

VI. Considerações sobre o corte de metal com lasers

Considerações sobre as propriedades dos materiais: refletividade e condutividade térmica

Refletividade: os diferentes tipos de metal têm diferentes capacidades de absorção do feixe laser. Por exemplo, materiais metálicos de elevada refletividade, como o alumínio e o cobre, são irradiados por laser e parte da energia será reflectida em vez de ser absorvida e convertida em calor, o que pode afetar a velocidade e o efeito do metal fundido ou vaporizado. Por conseguinte, ao lidar com este tipo de metal, será necessário um laser com uma taxa de potência mais elevada ou um gás assistente especial e um sistema ótico para reforçar a taxa de absorção do laser.

Condutividade térmica: A taxa de condutividade térmica do metal determina a rapidez com que o calor é transferido quando este é aquecido. O calor de um metal com elevada condutividade térmica, como o alumínio, espalhar-se-á rapidamente pela área circundante, reduzindo a densidade de energia do ponto de foco do laser. Poderá ser necessário ajustar os parâmetros do laser para manter uma acumulação de calor localizada suficiente para um corte eficaz.

Pelo contrário, para os metais com baixa condutividade térmica, como o aço inoxidável, é mais fácil conseguir um corte de alta eficiência porque é menos provável que o calor se difunda.

Influência da potência laser e da velocidade de corte

Potência laser: A potência do laser afecta diretamente a velocidade e a profundidade de corte. Uma maior potência derrete a peça de trabalho mais rapidamente e corta-a mais suavemente. No entanto, uma potência mais elevada pode levar a que as peças sejam excessivamente fundidas ou deformadas. Assim, a escolha da potência laser adequada é mais importante.

Velocidade de corteVelocidade de corte: a velocidade de corte interage com a potência do laser e determina mutuamente a qualidade e os efeitos finais do corte. Melhorar a velocidade de corte adequadamente pode reduzir a entrada de calor e a zona afetada pelo calor, adquirindo assim uma melhor qualidade da aresta de corte. No entanto, um movimento demasiado rápido pode resultar em cortes incompletos ou na incapacidade de penetrar no material. Encontrar a melhor combinação entre a taxa de potência e a velocidade de corte pode alcançar um efeito de corte optimizado e garantir a eficiência da produtividade.

VII. Conclusão

Relembrando a nossa passagem, quer seja para um corte preciso com diferentes tipos de metais (como o aço macio, o aço inoxidável e o alumínio), quer seja para um controlo preciso da espessura do metal, da refletividade e da condutividade térmica, a tecnologia de corte a laser demonstrou as suas propriedades extraordinárias.

Entretanto, com o avanço contínuo da potência do laser e o desenvolvimento de tecnologia avançada como o corte a laser de fibra, a capacidade de lidar com materiais metálicos mais espessos ou difíceis de cortar tem sido continuamente reforçada.

Desde o simples corte bidimensional até à complexa modelação tridimensional, desde a produção de critérios em grande escala até ao design personalizado, a tecnologia de corte a laser irá fazer avançar todo o fabrico de metal, reforçando ainda mais o seu papel na eficiência moderna e na tecnologia de precisão.

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