O guia definitivo para usinagem de raio laser

No início da década de 1960, a usinagem por feixe de laser (LBM, na sigla em inglês) surgiu logo após a invenção do laser. Representou um aprimoramento tecnológico para as aplicações de lasers, que eram principalmente marcação e gravação. Essa invenção definiu o padrão para a tecnologia de feixe de laser no processamento de materiais metálicos e não metálicos. Gostaria de saber mais sobre seus componentes e como funciona? Este artigo é o seu guia definitivo para usinagem por feixe de laser.

O que é usinagem por raio laser?

A usinagem a laser (LBM) é um processo de usinagem não convencional que utiliza um feixe de laser altamente focalizado para cortar e remover material de uma peça. Esse método é conhecido por proporcionar corte, furação e gravação de alta precisão no material.

Por isso, atende aos setores de energia, aeroespacial, automotivo, de pesquisa e diversas outras indústrias onde a usinagem de alta precisão é fundamental. O processo LBM é controlado por sistemas avançados de controle numérico computadorizado (CNC), que garantem que o feixe de laser siga precisamente o caminho desejado e mantenha uma qualidade consistente.

Como funciona a usinagem por raio laser?

A usinagem por feixe de laser é uma ferramenta eficaz para a remoção de material de uma peça de trabalho. Ela está servindo a várias indústrias de manufatura de alto nível graças à forma como otimiza processos de usinagem não tradicionais. Mas como ela funciona?

Geração de laser

O processo de geração de laser envolve a produção de um laser por meio de um meio como CO2, fibra ou materiais de estado sólido. Ele ocorre quando esse meio absorve energia da eletricidade e amplifica a energia da luz. O processo é predominante em dispositivos de CO2, onde o fornecimento extra de energia excita misturas gasosas cujo produto final é a luz do laser. 

Embora esse método não seja aplicável à geração de lasers de fibra, o laser é produzido por meio de diodos e amplificado por fibras ópticas.

Interação Material

Após a geração do laser, há um estágio de interação do material onde as coisas ficam interessantes. Durante a interação do material com o feixe de laser, ocorre um aquecimento intenso que derrete, vaporiza ou ablaciona o material. Graças à interação controlada do material, engenheiros de fabricação, maquinistas, pesquisadores e outros profissionais podem efetuar gravuras ou cortes precisos.

Manipulação de feixe

A manipulação do feixe requer o uso de lentes e espelhos para ajudar a direcionar e focalizar o feixe de laser emitido por um operador de máquina a laser , garantindo que ele atinja a peça de trabalho de forma direta e precisa, com a intensidade desejada.

Controlo do processo

O controle do processo é menos mecânico e mais computacional graças à ajuda de sistemas de computador avançados. Este estágio gerencia e reforça a precisão e a repetibilidade dos processos durante a produção.

Tipos de lasers usados ​​em usinagem

Lasers de CO2

Esses lasers são usados ​​para cortar materiais não metálicos como madeira, plástico e vidro devido à sua alta eficiência e potência. Eles oferecem uma faixa de potência de 1 quilowatt a 20 quilowatts, dependendo da potência necessária para cortar, soldar ou gravar. Os lasers de CO2 atendem a diferentes casos de uso e indústrias onde materiais como vidro, metais e plásticos fazem parte da peça de trabalho que está sendo usinada. 

Lasers de estado sólido

Os lasers de estado sólido utilizam meios de ganho de estado sólido, como vidros ou cristais. Esses materiais são combinados com íons de metais de transição ou mesmo terras raras para fornecer a saída de energia desejada. Eles são capazes de gerar potências de saída de 1 miliwatt a vários quilowatts. Em versões de maior potência de lasers de estado sólido, uma saída de potência de feixe contínuo pode atingir milhares de watts.

Lasers de fibra

Os lasers de fibra são considerados mais avançados na indústria de corte a laser. Essa abordagem diferente para corte depende de bancos de diodos amplificados por meio de alguma forma de fibra óptica para gerar luz laser. Eles são relativamente mais eficientes e fáceis de manter graças a um comprimento de onda de cerca de 1070 nm. 

Se você está atrás de usinagem de precisão para gravação ou corte fino, esta pode ser uma opção de ponta. Dependendo da escolha do fabricante ou da aplicação, os lasers de fibra podem atingir níveis de potência de 10 kW a 100 kW.

Lasers Líquidos

Lasers líquidos são usados ​​na usinagem de materiais de laser produzindo luz laser graças a comprimentos de onda ajustáveis. Esse tipo de laser usa corantes orgânicos e os comprimentos de onda ajustáveis ​​caem dentro de uma área específica no espectro eletromagnético. 

Os lasers líquidos têm aplicações em medicina a laser e espectroscopia e podem fornecer uma potência de saída de 1 W a vários quilowatts, dependendo da escolha do fabricante ou da aplicação.

Lasers semicondutores

Lasers semicondutores ou de diodo são lasers que usam pequenos chips como mídia ativa. Esses chips são feitos de materiais semicondutores. O laser semicondutor é capaz de emitir vários quilowatts de potência de saída, até 50 mW. Esses lasers são desejados para gravação de disco óptico ou aplicações Blu-ray.

Materiais usados ​​para usinagem de feixe de laser

A usinagem de feixe lida com diferentes tipos de materiais e o feixe de laser não é diferente. Sua adaptabilidade significa que é essencial para uma variedade de configurações de fabricação que usam vários materiais de trabalho. Aqui estão os materiais usados ​​para usinagem de feixe de laser:

Metais

Não metais

Materiais Especializados

Quais são os componentes de um sistema de usinagem por raio laser?

Muitas peças importantes fazem da máquina de raio laser um sistema funcional para corte ou gravação e outros casos de uso. 

Fonte de alimentação do laboratório

A fonte de alimentação é um componente crucial da máquina. Ela fornece a quantidade adequada de energia elétrica necessária para alimentar a máquina e gerar raios laser. 

Lâmpadas de Flash

Para produzir o tipo de calor necessário para conversão em um feixe de alta intensidade, a lâmpada flash ou de arco é vital. Esta lâmpada é coberta com gases que serão convertidos em íons. Esta conversão é necessária para a geração de energia ampla para derreter ou vaporizar os materiais. 

Feixe de luz laser

A radiação do feixe de luz laser que é focada e controlada. Um processo de amplificação óptica produz esse componente crucial graças à coerência da luz produzida a partir do foco em materiais ativos.

Objetivas

As lentes ajudam o feixe a focar no material a ser usinado para a melhor precisão. A luz entra na lente em diferentes níveis. Ela entra como uma lente expansora ou uma lente colimadora, enquanto se alinha de forma paralela. O maquinista pode ajustar o feixe de laser para o tamanho perfeito com a lente expansora.

Capacitor

Capacitores são outro componente importante do processo de usinagem de feixe de laser. Eles carregam e liberam a energia gerada durante um processo chamado flashing. O capacitor funciona como um dispositivo de memória carregado em um modo pulsado. Ele garante carga e descarga de energia efetivas e consistentes.

Espelho Refletor

Este componente é do tipo externo ou interno. As opções internas são necessárias para amplificar ou manter os feixes de laser gerados. Assim como as lentes, elas também direcionam o feixe de laser para uma peça de trabalho para processamento.

Peça de trabalho

A peça de trabalho é considerada a parte mais importante do sistema de usinagem a laser. Ela pode ser metálica ou não metálica, dependendo do processo que envolve diversos tipos de materiais, como plástico, aço inoxidável , madeira, titânio e muitos outros.

Quais são os principais parâmetros na usinagem por raio laser?

Quando se trata de usinagem com raio laser, certos fatores interferem entre um bom resultado e um ótimo resultado. 

Potência do Feixe 

A potência do feixe mede a quantidade de calor do laser direcionado à peça de trabalho. Essa medição é registrada em Watts. Por exemplo, 2000 W e acima é a faixa de energia necessária para materiais espessos como titânio e aço inoxidável. Enquanto para materiais de tamanho médio como plástico, uma faixa de energia de cerca de 500 W a 2000 W é necessária.

velocidade de corte

É importante entender a taxa de velocidade mais adequada para um material durante a usinagem do feixe de laser. Como a velocidade de corte afeta diretamente a qualidade do corte e a eficiência geral do processo de usinagem.

Tolerância

O nível de tolerância do sistema de usinagem a laser é uma grande vantagem para sua durabilidade em diversas aplicações complexas. O nível de tolerância pode variar desde tolerâncias gerais de fabricação até alta precisão e ultraprecisão.

Revestimento de superfície

O sistema de usinagem de feixe de laser oferece ótimo acabamento de superfície graças à precisão e versatilidade nas operações. Isso reduz a necessidade de etapas extras de processamento.

Vantagens da usinagem por raio laser

A usinagem de feixe de laser tem as melhores classificações de velocidade e segurança, mas quanto benefício você pode ganhar? Vamos dar uma olhada nas muitas vantagens do LBM:

Precisão e exatidão

O corte a laser permite alcançar níveis de precisão e exatidão excepcionais. Essa característica é especialmente útil para projetos complexos. Tal precisão na criação de detalhes minuciosos é extremamente benéfica para a indústria de microengenharia. A microusinagem a laser é utilizada para obter um acabamento superficial extremamente preciso e exato em uma peça de trabalho, em escala microscópica.

Versatilidade

A usinagem por feixe de laser é adaptável o suficiente para servir a uma variedade de materiais, incluindo não metais como plásticos, vidro ou madeira. Não importa a densidade ou espessura do material, a usinagem por feixe de laser mantém o dinamismo operacional.

Processo sem contato

A usinagem de feixe de laser é um processo sem contato. Isso significa simplesmente que o corte, a modelagem, a marcação e a gravação podem ser realizados em uma peça de trabalho sem nenhuma interação física ou colisão das partes de uma máquina de feixe de laser. Ela reduz o risco de contaminação quando usada no processamento de alimentos e também minimiza o desgaste mecânico das peças da máquina.

Flexibilidade de personalização e design

O corte a laser permite a fabricação de designs complexos e intrincados, difíceis de serem produzidos com usinagem convencional. Essa liberdade criativa para personalização e flexibilidade de design significa que a máquina de corte a laser criará geometrias ou gravações exclusivas para diferentes aplicações.

Eficiência Energética e Sustentabilidade

Os sistemas de feixe de laser são energeticamente eficientes devido aos seus menores níveis de consumo de energia. Essa exclusividade ajuda a produzir desperdício mínimo durante a fabricação, tornando o LBM um processo de usinagem ecologicamente correto.

Agilidade (Speed)

A usinagem por feixe de laser é um método muito rápido de usinagem. Essa velocidade torna possível a produção em alto volume e o baixo custo de produção. Você gasta menos tempo, dinheiro ou trabalho no processo.

Segurança e Ergonomia Aprimoradas

Como a usinagem de feixe de laser é uma técnica não convencional, onde métodos sem contato são usados, não há chance de interação com objetos pontiagudos ou pesados. Ela reduz o risco de acidentes no local de trabalho.

Aplicações de usinagem de feixe de laser para indústrias

A eficiência e a precisão da máquina de corte por feixe de laser atendem tanto a propósitos de baixo quanto de alto nível nas seguintes aplicações.

Indústria aeroespacial

A indústria aeroespacial requer usinagem a laser precisa para construir peças complexas de aeronaves ou naves espaciais que obedeçam às leis da aerodinâmica. Ela também ajuda na personalização de equipamentos espaciais e componentes de sistemas de satélite. 

Arquitetura e construção

Na arquitetura e construção civil, as máquinas de corte a laser permitem que os profissionais produzam materiais de construção, como vidro ou aço, com cortes precisos. Materiais complexos ou protótipos cortados com extrema precisão aumentam o apelo estético dos edifícios.

Automotiva

Tantas peças intrincadas e delicadas entram em um automóvel que um processo de usinagem de raio laser facilmente atende. Algumas dessas peças são externas ou internas, e sua fabricação aumenta a eficiência de combustível para o carro. Carroceria e chassi, conectores de bateria EV também se beneficiam de um raio laser.

Usinagem de microfuros

A soldagem a laser é excelente para perfuração de precisão de microfuros e/ou construção de juntas leves. Esta é a ferramenta de usinagem ideal para componentes sujeitos a altas tensões.

Produção de usinagem macro

Na usinagem macroscópica, um feixe de laser de alta potência é usado para modificar, cortar ou moldar grandes detalhes em qualquer peça de trabalho. Os detalhes e dimensões criados pela usinagem macroscópica são relativamente maiores e exigem mais energia do que a usinagem microscópica.

Expositores e Eletrónica

Em processos de alta precisão, o feixe de laser é usado para construir peças para instalações de energia nuclear ou para cortar oleodutos a laser, além de fabricar componentes de turbinas e solares.

Setor de energia

O setor energético global demanda máquinas a laser capazes de cortar ou soldar placas de circuito impresso. Elas também auxiliam na gravação de números de série ou de identificação em componentes eletrônicos delicados . Fabricantes de computadores, smartphones, tablets e placas de circuito impresso também utilizam o corte e a perfuração a laser de precisão.

Pesquisa e Desenvolvimento

A usinagem por feixe de laser é essencial para a prototipagem e o desenvolvimento de novas tecnologias em diversos setores industriais. Alguns componentes especializados de laboratório precisam passar por uma máquina de feixe de laser para controle de qualidade , a fim de garantir sua adequação ao uso comercial.

Limitações da usinagem por raio laser

Apesar de suas muitas vantagens para várias indústrias, essa técnica tem algumas limitações para sua implementação e uso prolongado. O alto custo inicial é um dos desafios mais incapacitantes para configurar a usinagem de feixe de laser. 

No entanto, esse alto custo depende de vários fatores, incluindo aquisição e instalação de sistemas de controle de computador, lentes, peças de trabalho ou capacitor.

Diferenças entre usinagem por feixe de laser e usinagem por feixe de elétrons

Ao comparar máquinas de feixe de laser e de feixe de elétrons, os dois fatores determinantes são sua aplicação e princípios de funcionamento. A usinagem por feixe de laser envolve o corte, a gravação e a soldagem de peças usando feixes de laser. Já o processo de usinagem por feixe de elétrons utiliza eletricidade para a usinagem. A diferença mais importante reside no fato de que a usinagem a laser requer energia luminosa concentrada para funcionar, enquanto o feixe de elétrons utiliza elétrons.

Conclusão

A usinagem a laser (LBM) é uma técnica revolucionária que oferece precisão, eficiência e versatilidade incomparáveis ​​em diversos setores. Com os avanços contínuos na tecnologia laser, o processo está se tornando uma ferramenta indispensável na manufatura moderna. Precisa de um orçamento para começar a usar a usinagem a laser? Obtenha um orçamento rápido e fácil entrando em contato conosco.