As técnicas de fabricação subtrativa são operações típicas para a produção de peças em indústrias. Um exemplo primordial dessas técnicas é o corte a laser de chapas metálicas – um procedimento essencial na fabricação.
O processo concentra o feixe de laser na superfície do material para queimá-lo, vaporizá-lo ou fundi-lo, produzindo os resultados desejados. Por ser um processo preciso e exato, facilita a fabricação de componentes com detalhes complexos.
Este artigo é um guia completo com todas as informações necessárias sobre corte a laser que você pode precisar antes de começar a utilizá-lo em seu próximo projeto de fabricação.
O que é corte a laser em chapa metálica?
A fabricação de chapas metálicas é uma das principais técnicas de manufatura industrial. Nesse sentido, o corte a laser de chapas metálicas se destaca como um dos procedimentos mais utilizados. A fabricação por corte a laser utiliza um feixe de luz de alta potência (laser) para recortar chapas metálicas planas e finas. O processo é controlado por sistemas ópticos e tecnologia de controle numérico computadorizado (CNC), o que garante a alta precisão das peças cortadas a laser.
Histórico do corte a laser em chapas metálicas
A tecnologia de corte a laser existe há mais de 60 anos, sendo que a primeira tentativa de cortar chapas metálicas data de 1960.
Em 1964, CO2 Os lasers já eram utilizados na fabricação de detalhes complexos, como a soldagem de molas de relógio. A automação e a alta precisão do corte a laser, em comparação com outros processos de corte, tornaram-no amplamente aceito para a fabricação delicada e a produção em larga escala.
Os lasers de fibra foram produzidos pela primeira vez na década de 60, mas só chegaram ao mercado comercial no final da década de 80. A década de 90 é considerada a era de ouro da tecnologia laser, pois deu origem a muitos lasers de alta potência, como os lasers de estado sólido, que melhoraram drasticamente a eficiência e a produtividade. No início dos anos 2000, os serviços de corte a laser já eram uma técnica de fabricação amplamente aceita e utilizada por diversos setores, como as indústrias automotiva e aeroespacial.
Tipos de lasers para corte de chapas metálicas
Existem três tipos diferentes de lasers para corte de materiais na indústria. Cada cortadora a laser possui características únicas que as diferenciam das demais. Dito isso, segue abaixo um resumo completo dos três tipos de cortadoras a laser.
Lasers de fibra
máquinas de corte a laser de fibra São alguns dos dispositivos de corte de precisão mais potentes. Pertencem à classe dos lasers de estado sólido, que utilizam lasers de semente para amplificar o feixe com fibras de vidro especiais. São eficazes para cortar peças de metais, ligas metálicas e não metais, como vidro, plástico e até madeira. Além de operações de corte simples, são adequados para gravação e recozimento de metais.
Os cortes dos lasers de fibra são mais extensos do que os de outros tipos de laser; isso pode explicar sua alta potência. Eles possuem uma longa vida útil, de pelo menos 25.000 horas, e, portanto, exigem menos manutenção. Produzem alguns dos feixes mais fortes e estáveis. No entanto, são mais adequados para materiais com menos de 20 mm de espessura.
Lasers de CO2
CO2 Os lasers produzem um feixe de luz ao passar eletricidade por um tubo preenchido com uma mistura de gases. Essa mistura gasosa contém principalmente dióxido de carbono e gases nobres – hélio e nitrogênio, as formas mais comuns em lasers.
No entanto, são menos potentes em comparação com os lasers de fibra. CO2 As máquinas a laser só podem Cortam materiais não metálicos como madeira, acrílico e plástico. Em alguns casos, também podem ser usadas para corte a laser de chapas metálicas, especialmente chapas finas de alumínio e alguns outros metais não ferrosos.
Você pode querer saber o Laser de fibra versus laser de CO2: qual é o ideal para você?.]
Lasers de cristal
Existem dois tipos de cortadores a laser de cristal: Nd:YAG (granada de ítrio e alumínio dopada com neodímio) e Me:YVO (ortovanadato de ítrio dopado com neodímio, YVO4). Ambos são dispositivos de corte de altíssima potência. No entanto, são bastante caros, embora tenham cerca de metade da vida útil dos lasers de fibra – de 8.000 a 15.000 horas. São adequados para cortar metais revestidos e não revestidos, não metais e plásticos, e até mesmo cerâmica em circunstâncias específicas.
Três processos de corte a laser em chapas metálicas
O corte a laser de chapas metálicas é um processo térmico que utiliza um feixe de laser para recortar peças de uma chapa metálica. Existem basicamente três métodos de corte de chapas metálicas.
Corte por fusão a laser
O corte por fusão utiliza um gás de corte inerte, geralmente nitrogênio ou argônio, para expelir o material fundido da tocha de corte. O uso de gás inerte impede a oxidação na aresta de corte sem que haja reação com o processo. É um processo adequado para chapas planas e finas, e para casos em que o material precisa atender a altos padrões de acabamento visual e exigir menos pós-processamento.
Corte a chama com feixe de laser
O corte a chama utiliza gás oxigênio para expelir o material fundido. Isso causa uma reação exotérmica, o que resulta em um aumento na energia total consumida pelo processo. O processo é ideal para cortar aço de baixo carbono, entre outros tipos de chapas metálicas e materiais fusíveis como cerâmica.
Corte por sublimação a laser
O corte por sublimação utiliza um laser para evaporar partes de um material com menos fusão. Assim como no corte por fusão, gases inertes – nitrogênio, hélio ou argônio – são utilizados como gás de corte, garantindo que as arestas de corte fiquem livres de oxidantes. Embora seja um processo lento, produz bordas de alta qualidade para cortes de alta precisão.
Vantagens do corte a laser em chapas metálicas
A seguir, apresentamos cinco vantagens essenciais dessa técnica de fabricação.
Cortes de alta precisão
Na fabricação por corte a laser, o feixe de luz corta metais com altíssima precisão. A exatidão e a precisão com que o laser funde e evapora materiais são incomparáveis a muitos outros métodos de corte. Algumas ferramentas de corte por matriz têm níveis de tolerância de cerca de 1 a 3 mm, enquanto os cortadores a laser cortam com uma precisão de até 0,003 mm.
Alta utilização de folhas
As máquinas de corte a laser oferecem a oportunidade de aproveitar uma grande porcentagem dos materiais de fabricação. A tecnologia praticamente elimina o desperdício, pois maximiza o número de partes utilizáveis de qualquer chapa metálica. Portanto, há menos preocupação com excesso de material; você pode comprar a quantidade exata, sabendo que será suficiente.
Versatilidade de corte extrema
As operações de corte a laser são altamente flexíveis e versáteis. Uma única máquina de corte a laser funciona bem para diferentes operações de corte, como cortes simples, cortes complexos com detalhes intrincados, marcações, furações e até gravações. Portanto, os fabricantes não precisam substituir as ferramentas periodicamente durante o processo.
Baixo consumo de energia
Ao contrário de algumas outras máquinas de corte, as cortadoras a laser não exigem a movimentação de diferentes partes do equipamento. Isso permite que elas cortem peças de material com eficiência, sem consumir muita energia. Enquanto as cortadoras a laser podem funcionar com 10 kW de energia, a maioria dos outros processos pode consumir até cinco vezes mais.
Pouco ou nenhum dano
Talvez você pense que a exposição ao calor durante o corte a laser possa causar deformação ou distorção das peças, ou até mesmo danos totais. Bem, isso não é verdade. As partes afetadas pelo calor no corte a laser são mínimas e não representam nenhuma ameaça à tolerância das características ou componentes após a fabricação.
Desvantagens do corte a laser em chapas metálicas
Apesar de seus inúmeros benefícios, o corte a laser de chapas metálicas apresenta algumas desvantagens. Vamos discuti-las.
Necessidade de operador especializado
Para aproveitar ao máximo suas máquinas de corte a laser, pode ser necessário contratar um profissional para operar a máquina na fabricação de peças. Um especialista, por exemplo, detectará rapidamente uma falha ou uma configuração inadequada que possa afetar os processos de produção ou até mesmo a integridade da máquina.
Limitações na espessura do metal
Embora o corte a laser funcione bem com uma ampla gama de materiais, incluindo chapas metálicas, recomenda-se o uso de outros métodos de corte ao lidar com metais espessos. As máquinas de corte a laser comuns são ideais para cortar chapas de alumínio com espessura máxima de 15 mm e aço de 6 mm.
Gases nocivos
Como as máquinas de corte a laser derretem e evaporam materiais, elas liberam uma quantidade significativa de gases nocivos ao cortar plástico. Consequentemente, é fundamental operar o corte a laser em uma sala bem ventilada ou em um ambiente de trabalho seguro.
Alto investimento inicial
O custo de uma máquina de corte a laser de alta qualidade é elevado. Uma máquina de corte a laser típica pode custar cerca de 1.000 a 3.000 ienes, o dobro do custo de máquinas de corte a jato de água ou plasma. Para atuar no ramo de serviços de corte a laser como negócio, é necessário arcar com o alto investimento inicial.
Dicas de design para peças cortadas a laser
Para utilizar os serviços de corte a laser de forma eficaz e eficiente em suas peças, você precisa seguir as dicas abaixo para o design do seu produto.
Os seus dados não podem ser menores que a espessura do metal.
A espessura é um fator importante a ser considerado em operações de corte a laser. Ela está diretamente relacionada à potência do laser. Portanto, quanto maior a espessura, menor a capacidade do laser de penetrar e cortar o material. No entanto, aumentar a potência do laser em alguns casos pode aumentar a probabilidade de corte do material.
Lembre-se do Kerf
O design do laser torna importante observar o que chamamos de "kerf". Kerf é o material que evapora quando o feixe de laser atinge o material a ser cortado. Não ocorre apenas no corte a laser, sendo também visível em outros processos de usinagem subtrativa. O kerf no corte a laser ocorre devido à espessura do feixe de laser. É um fator importante a ser considerado na fase de projeto.
Escolha o material certo
A escolha do material certo é o fator mais importante a ser considerado antes de uma operação de corte a laser. A seleção do material depende das propriedades desejadas para o produto final. Por exemplo, os materiais apresentam diferentes propriedades em termos de rigidez, translucidez e flexibilidade. Na Rapid Direct, você terá acesso a diferentes opções de corte a laser para chapas metálicas, plásticos, papel, etc.
Os espaçamentos são importantes.
O espaçamento é crucial no corte a laser para minimizar erros e obter o melhor resultado possível. O espaçamento mínimo deve ser igual à espessura do material. Por exemplo, no corte a laser de chapas metálicas, se a chapa tiver 2 mm de espessura, o espaçamento entre dois percursos deve ser de 2 mm. Isso também é importante ao trabalhar com diferentes designs de corte a laser em chapas metálicas.
Converta seu texto em pontos de ancoragem e curvas.
Nem todas as operações a laser exigem recorte de texto. No entanto, se precisar incorporar texto, é recomendável espaçar as letras e escrevê-las em formato grande. Isso garante uma operação mais suave e um melhor resultado. Se as letras estiverem muito próximas, podem se sobrepor, tornando a inscrição ilegível.
O conhecimento das dicas acima pode ajudar a reduzir os custos de fabricação de chapas metálicas.
Alternativas ao corte a laser
Talvez você não queira usar o corte a laser e não tenha certeza de como recortar formas em chapas metálicas; abaixo estão outras opções de alta qualidade para suas necessidades de fabricação.
EDM
A eletroerosão (EDM), assim como o corte a laser, utiliza energia térmica para remover material. Ela emprega descargas elétricas (faíscas) para recortar o formato desejado do material. Comparada ao corte a laser, a EDM produz um acabamento superficial superior, com uma zona afetada pelo calor menor. Além disso, é adequada para o corte de materiais endurecidos.
Fresagem CNC
A fresagem CNC envolve o uso de fresas rotativas de alta velocidade para moldar materiais. As operações de fresagem funcionam bem em metais, ligas e não metais. Assim como o corte a laser, são processos de fabricação subtrativa de alta precisão. A principal diferença entre os dois processos é que, enquanto a fresagem utiliza ferramentas de corte – fresas rotativas – para esculpir ou moldar desenhos, o corte a laser utiliza feixes de luz, fusão a laser ou queima a forma do desenho.
Corte a jato de água
O corte a jato de água é uma técnica de fabricação que envolve o uso de água ou uma mistura de água e substâncias abrasivas sob alta pressão para cortar um material.
Abaixo, segue uma comparação entre o corte a jato de água e o corte a laser.
- As máquinas de corte a laser podem gravar números ou marcas, enquanto o corte a jato de água permite apenas o corte.
- Ambos os métodos são adequados para cortar uma ampla gama de materiais. No entanto, os jatos de água não conseguem cortar materiais mais espessos do que os cortadores a laser, até 50 mm.
- O corte a laser possui melhores níveis de tolerância e presta mais atenção aos detalhes intrincados, o que o torna a melhor escolha para geometrias complexas.
Soco
A punção utiliza uma prensa para recortar o formato desejado de um material. Assim como outras operações CNC, a punção é uma técnica de alta precisão para a fabricação de peças, sendo adequada para uma ampla gama de materiais. No entanto, a punção não é ideal para a fabricação de componentes com geometrias complexas.
Conclusão
O corte a laser é uma tecnologia utilizada na prototipagem rápida para o corte de materiais. Este artigo apresentou o funcionamento, sua história, tipos e outros aspectos importantes. Acreditamos que você aprendeu algo novo sobre corte a laser. Para os melhores produtos de corte a laser, você pode confiar na Krrass.
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