Cabeçote de corte a laser: Guia de seleção

I. Introdução

O cabeça de corte a laser O concentrador de laser é um componente essencial de uma máquina de corte a laser, impactando diretamente a precisão, a velocidade e a qualidade do corte. Ele focaliza o feixe de laser em um ponto de alta energia, que então corta a superfície do material. Seu desempenho impacta diretamente a precisão, a velocidade e a qualidade do corte. A seguir, detalhamos seu princípio de funcionamento, estrutura, parâmetros principais, classificação e principais considerações de compra.
A cabeça de corte a laser funciona focando um laser de alta energia na superfície do material através de um sistema de focalização. Ao absorver a energia do laser, a temperatura local do material sobe rapidamente acima do seu ponto de fusão. Simultaneamente, um bocal coaxial com o feixe ejeta gás de alta pressão, deslocando o metal fundido e criando uma cavidade na superfície do material. À medida que a cabeça de corte a laser se move de acordo com um processo programado, ela finalmente corta o material no formato desejado. Com base no princípio de corte, o processo pode ser categorizado em quatro tipos: corte por vaporização a laser, corte por fusão a laser, corte a laser com oxigênio e corte a laser com fratura controlada.

II. A estrutura básica da cabeça de corte a laser

Colimador: Converte o feixe de laser divergente emitido pelo laser em luz paralela, garantindo uma distribuição uniforme de energia durante a transmissão e fornecendo uma fonte de luz estável para o foco subsequente. Os materiais comumente usados são quartzo ou seleneto de zinco (adaptado ao comprimento de onda do laser; por exemplo, o seleneto de zinco é comumente usado em lasers de CO₂).
Lente de foco: Concentra a luz paralela em um ponto extremamente pequeno (com diâmetro de até micrômetros), concentrando a energia de forma intensa e permitindo a fusão ou vaporização instantânea do material. A distância focal determina o tamanho do ponto e a distância de trabalho (quanto menor a distância focal, menor o ponto e menor a distância de trabalho). A seleção deve ser baseada na espessura do material a ser cortado e na precisão necessária.
Bocal: Injeta gás auxiliar (como oxigênio, nitrogênio ou ar comprimido) para remover a escória gerada durante o corte, evitando que ela adira à superfície do material ou danifique a lente de focalização. Também auxilia na combustão (por exemplo, o oxigênio é usado no corte de aço carbono) ou inibe a oxidação (por exemplo, o nitrogênio é usado no corte de aço inoxidável). Os bicos são classificados por formato em redondo e quadrado; e por abertura em tamanhos de 0,8 mm, 1,0 mm e 1,5 mm, dependendo do tipo e da espessura do material (por exemplo, bicos de grande abertura são usados para o corte de chapas grossas).
Sensores de rastreamento: O sistema de sensoriamento e feedback é crucial para alcançar o corte a laser automatizado e inteligente. Este sistema inclui principalmente diversos sensores, como sensores de altura, sensores de temperatura e sensores de potência do laser. O sensor de altura monitora a distância entre a cabeça de corte e a superfície da chapa em tempo real e envia esses dados de volta para o sistema de controle, garantindo que a cabeça de corte mantenha a altura de corte ideal e evitando a degradação da qualidade do corte devido a superfícies irregulares da chapa ou deformação da chapa durante o corte.
O sensor de temperatura monitora as variações de temperatura durante o processo de corte, fornecendo uma base para o ajuste da potência do laser e da velocidade de corte, evitando que temperaturas excessivamente altas ou baixas afetem os resultados. O sensor de potência do laser monitora a potência de saída do laser em tempo real, garantindo a estabilidade da potência e um corte consistente e confiável. O sistema de sensoriamento e feedback funciona em conjunto com o sistema de controle para permitir o monitoramento em tempo real e ajustes automáticos do processo de corte, melhorando a qualidade do corte e a eficiência da produção. Lente protetora: Localizada na frente da lente de focalização, ela bloqueia a projeção de escória e poeira durante o processo de corte, protegendo a lente de focalização, que é um componente caro, contra contaminação ou danos. Esta é uma peça consumível e requer substituição regular.
Sistema de refrigeração: Disponível em dois tipos: refrigeração a água e refrigeração a ar. Os sistemas de refrigeração a água removem o calor através da circulação de fluido refrigerante e são adequados para operações de corte de alta potência. Os sistemas de refrigeração a ar utilizam o fluxo de ar para reduzir as temperaturas e são adequados para tarefas de corte de média e baixa potência. Isso evita o superaquecimento da cabeça de corte, prolonga sua vida útil e garante um processo de corte estável.
Módulo de controle: Responsável por gerenciar a emissão do feixe de laser, o ajuste da distância focal, o controle do fluxo de gás auxiliar e outros ajustes de parâmetros. Ao interoperar com um sistema CNC ou de automação, permite operações de corte precisas e produção automatizada.
Sistema de transmissão por fibra óptica: Utilizado principalmente em cabeçotes de corte a laser de fibra, ele transmite o feixe de laser gerado pelo laser até o cabeçote de corte. Apresenta alta eficiência e estabilidade, garantindo que o feixe de laser mantenha sua energia durante a transmissão a longa distância.
Sistema de controle de gás: O sistema de controle de gás desempenha um papel crucial no processo de corte a laser. Durante o corte, gás de alta pressão é injetado na área de corte. Suas principais funções incluem remover a escória gerada pelo corte para garantir uma junta limpa; proteger a lente de focalização contra respingos de escória e danos; e auxiliar o laser no corte da chapa metálica, melhorando a velocidade e a qualidade do corte. O sistema de controle de gás consiste principalmente em um bocal de gás, tubulação de gás, uma válvula de controle de fluxo de gás e um regulador de pressão de gás. O design e a posição do bocal de gás influenciam significativamente o efeito da injeção de gás. Diferentes processos de corte e materiais de chapa metálica exigem diferentes tipos e estruturas de bocal de gás. A válvula de controle de fluxo de gás e o regulador de pressão são usados para controlar com precisão o fluxo e a pressão do gás para atender a diferentes requisitos de corte.

III. Parâmetros principais da cabeça de corte a laser (fatores-chave que afetam o desempenho do corte)

O diâmetro do ponto focalizado determina diretamente a densidade de energia: Tamanhos de ponto menores (por exemplo, 20-50 μm) resultam em maior densidade de energia, tornando-os adequados para cortes finos (por exemplo, chapas metálicas finas e peças de precisão); tamanhos de ponto maiores são mais adequados para corte de chapas grossas (que exigem maior potência).
Relacionado à distância focal e à qualidade do feixe: Uma lente de foco com distância focal curta (por exemplo, 50 mm) produz um ponto focal menor, enquanto uma lente com distância focal longa (por exemplo, 150 mm) é adequada para corte de chapas grossas ou corte de declives acentuados.
Distância de trabalho: Isso se refere à distância entre a ponta do bico e a superfície do material e deve corresponder à distância focal da lente de foco. Uma distância de trabalho muito curta pode facilmente fazer com que o bico colida com o material, enquanto uma distância muito grande reduz a densidade de energia, afetando a qualidade do corte.
Faixa de ajuste: Isso inclui a faixa de ajuste da distância focal (para acomodar diferentes espessuras de material) e a faixa de ajuste da altura de rastreamento (para acomodar ondulações da superfície). Quanto maior a faixa, mais versátil será o dispositivo. Tipo e potência do laser compatíveis: O laser deve corresponder ao comprimento de onda (por exemplo, laser de fibra de 1064 nm, laser de CO₂ de 10,6 μm) e à potência. Lasers de alta potência (por exemplo, 6000 W ou mais) exigem uma cabeça de corte com dissipação de calor e resistência a danos aprimoradas (por exemplo, resfriamento a água e lentes de alta resistência).
Velocidade de resposta: A velocidade de resposta do dispositivo de detecção e ajuste do sensor afeta a estabilidade durante o corte em alta velocidade (por exemplo, ao cortar curvas ou cantos vivos, a altura de rastreamento deve ser ajustada rapidamente para evitar queimaduras nas bordas ou quebra do fio).

IV. Classificação comum de cabeçotes de corte a laser (de acordo com o tipo de adaptador de laser)

Cabeçote de corte a laser de fibra: Compatível com lasers de fibra de 1064 nm, amplamente utilizados para corte de materiais metálicos (aço carbono, aço inoxidável, liga de alumínio, etc.). Suas características incluem estrutura compacta, alta tolerância à potência e alta precisão de foco, tornando-os adequados para aplicações de corte de média a alta potência (1000 W a 30.000 W).
Cabeçotes de corte a laser de CO₂: Compatíveis com lasers de CO₂ de 10,6 μm, utilizados principalmente para o corte de materiais não metálicos (madeira, acrílico, tecido, etc.) e alguns metais finos. Requerem lentes feitas de materiais que transmitem infravermelho (como seleneto de zinco), são mais sensíveis à poeira ambiente e exigem proteção reforçada.
Cabeçote de corte a laser UV: Compatível com lasers UV (como o de 355 nm), usados para microcorte de alta precisão (por exemplo, PCBs, safira e materiais de filme fino). As características incluem um tamanho de ponto extremamente pequeno (inferior a 10 μm) e uma zona afetada pelo calor mínima, tornando-os adequados para a indústria de eletrônica de precisão. Os lasers de estado sólido (como Nd:YAG, comprimento de onda de 1064 nm; Nd:YVO₄, comprimento de onda de 1064 nm) têm designs ópticos semelhantes aos cabeçotes de corte a laser de fibra (mesmo comprimento de onda), mas requerem adaptação ao modo de pulso do laser de estado sólido. Muitos possuem módulos integrados de modulação de energia de pulso, tornando-os adequados para corte pulsado (reduzindo a deformação térmica). Vantagens: Precisão de corte extremamente alta (nível de μm) no modo pulsado. Desvantagens: Limite de potência baixo (geralmente < 500 W) e baixa eficiência, levando à sua substituição gradual por lasers de fibra de alta potência.

V. Pontos-chave para a seleção de cabeçotes de corte a laser

1. Ajuste os parâmetros do laser: Certifique-se de que a compatibilidade de comprimento de onda e a tolerância de potência da cabeça de corte sejam compatíveis com o laser (por exemplo, um laser de fibra de alta potência requer uma cabeça de corte dedicada de alta potência).
2. Considere o material e a espessura a serem cortados: para materiais finos e cortes delicados, escolha uma cabeça de corte com distância focal curta e ponto focal pequeno; para materiais espessos, selecione uma distância focal longa e um bocal com grande abertura, e certifique-se de que a faixa de ajuste cubra a espessura do material.
3. Dê atenção à estabilidade e durabilidade: priorize produtos com dissipação de calor eficiente (resfriamento a água), bicos altamente resistentes ao desgaste e lentes de proteção fáceis de substituir para reduzir os custos de manutenção.
4. Funções de automação: Para produção em lote ou peças complexas, escolha cabeçotes de corte com foco automático e sistemas de rastreamento de velocidade de alta resposta para melhorar a eficiência e a consistência.
5. Marca e serviço pós-venda: Cabeçotes de corte de marcas renomadas (como Precitec, Raytools e Wanshunxing) apresentam desempenho mais estável e uma rede completa de assistência pós-venda, tornando-os adequados para uso a longo prazo.

VI. Cenários de Aplicação

1. Processamento de metais: Corte plano de chapas de aço inoxidável, chapas de ferro, ligas de alumínio, etc. (utilizando cabeçotes de corte a laser de fibra).
2. Processamento de materiais não metálicos: gravação e corte em acrílico, corte de tecido, entalhe em madeira (utilizando cabeçotes de corte a laser de CO₂).
3. Fabricação de precisão: Microcorte de telas de celulares, componentes eletrônicos e dispositivos médicos (utilizando cabeçotes de corte ultravioleta ou de fibra de alta precisão).

VII. Marcas de cabeçotes de corte a laser.

As marcas nacionais de cabeçotes de corte a laser priorizam a relação custo-benefício e o atendimento local, inovando constantemente e alcançando avanços tecnológicos; já as marcas estrangeiras, graças à sua vasta experiência técnica e processos de fabricação avançados, conquistaram vantagens no mercado de alto padrão. A seguir, apresentamos algumas características comuns das marcas nacionais e estrangeiras:
Cabeçote de corte a laser Precitec: Uma das líderes globais no setor de cabeçotes de corte a laser, reconhecida por sua excepcional função de autofoco e alta eficiência. Seu cabeçote de corte ajusta automaticamente a distância focal de acordo com a espessura e o tipo do material, é fabricado com materiais de alta qualidade, suporta potência de corte extremamente elevada e é compatível com diversos tipos de equipamentos de corte a laser, como lasers de fibra e lasers de CO₂, sendo amplamente utilizado na área de corte de metais de alta precisão.
Cabeçote de corte a laser IPG Photonics: Fabricante de lasers de fibra de renome mundial, a cabeça de corte a laser da IPG é conhecida pela sua eficiente transmissão de feixe e estabilidade. A cabeça de corte da IPG funciona bem com lasers de fibra e suporta lasers de alta potência, sendo adequada para o corte de metais de grande espessura. Apresenta excelente desempenho nas indústrias automotiva, aeroespacial e outras, além de baixos custos de manutenção.
Trumpf Cabeça de corte a laser: Uma renomada empresa alemã no setor de equipamentos para processamento a laser, sua cabeça de corte a laser possui altíssima precisão, sendo adequada para metais finos e formas complexas. Equipada com sensores inteligentes e um sistema de foco automático, ela ajusta automaticamente os parâmetros de corte. O design do produto prioriza a vida útil, oferecendo boa resistência à corrosão e durabilidade, sendo ideal para produção em massa de longo prazo.
Cabeçote de corte a laser BOCHI: A cabeça de corte BOCHI é um produto da Shanghai Bochi Electronic Technology Co., Ltd., empresa com alta reputação na área de controle de corte a laser. A empresa possui diversas séries de produtos para diferentes faixas de potência e cenários de aplicação. Por exemplo, a BLT310 é uma cabeça de corte inteligente de excelente custo-benefício, desenvolvida para potências médias e baixas; a BLT6 é uma cabeça de corte inteligente desenvolvida para equipamentos a laser de ultra-alta potência, com suporte para potência máxima de 40 kW; e também existem combinações de múltiplos produtos, como as séries 3T, 4T e 5H, para aplicações de corte de tubos. A BLT310, por exemplo, é compacta, leve e integra múltiplos conjuntos de sensores inteligentes, permitindo monitoramento inteligente em circuito fechado em tempo real, diagnóstico rápido e alertas em tempo real. Equipada com um sensor de pressão de ar padrão, possui controle de gás mais preciso, qualidade de superfície de corte mais estável e função de proteção contra explosão da lente. Além disso, sua velocidade de foco é mais rápida, a faixa de foco é mais ampla, a perfuração é mais eficiente e suporta mais processos de corte.
Cabeçote de corte a laser Raytools: Fabricante nacional de cabeçotes de corte a laser na China, conquistou um amplo mercado com sua alta relação custo-benefício e forte suporte técnico. Seus cabeçotes de corte são adequados para diversos sistemas a laser, como lasers de fibra e lasers de CO₂, e sua linha de produtos atende a requisitos de baixa a alta potência. O design simplifica a operação e a manutenção, reduzindo o tempo de inatividade.
Cabeçote de corte a laser WSX: Com foco na pesquisa e desenvolvimento de cabeçotes de corte a laser eficientes e estáveis, o produto apresenta excelente desempenho no processamento de metais de precisão e no corte de chapas finas. Possui foco automático e sensores inteligentes, que otimizam automaticamente os parâmetros de corte de acordo com as variações do material, além de oferecer suporte técnico completo e serviço pós-venda.
Han's Laser: Uma marca da Daqin Laser, seus produtos, como a cabeça de corte tridimensional de cinco eixos RC304, possuem vantagens no corte tridimensional de superfícies irregulares, superando o domínio de alguns gigantes da indústria no exterior e representando o mais alto nível técnico atual de máquinas-ferramenta CNC no mundo.

Resumo:

A seleção de cabeçotes de corte a laser deve seguir os princípios de “coordenação de parâmetros, adaptação de desempenho e foco no cenário”. Através de testes científicos e acúmulo de dados, um sistema de processo preciso pode ser estabelecido. Por exemplo, uma determinada empresa de componentes automotivos melhorou a eficiência de corte de aço inoxidável em 35% e reduziu a taxa de defeitos de 5% para 1,2% ao introduzir o cabeçote de corte “BL310” da BOCU e o banco de dados de processos, comprovando o valor da seleção sistemática. No futuro, com a profunda integração das tecnologias de IA e IoT, os cabeçotes de corte evoluirão para “autodetecção, autodecisão e auto-otimização”, promovendo ainda mais a modernização inteligente do processamento a laser. Se precisar de mais informações sobre cabeçotes de corte a laser, por favor, Contate-nos!