Máquina de corte de metal a laser de fibra: como os materiais se adaptam

Ao escolher um máquina de corte de metal a laser de fibra, A compatibilidade de materiais é um fator crucial. Diferentes metais e ligas possuem propriedades variadas que afetam sua resposta ao corte a laser. As especificações da máquina, como potência, velocidade e tipo de lente, devem estar alinhadas aos materiais que você planeja processar para obter resultados ótimos. Compreender quais materiais a máquina pode processar com eficiência garante que você tome uma decisão informada e invista em equipamentos que atendam às suas necessidades de produção e proporcionem cortes de alta qualidade.

Visão geral da tecnologia de corte a laser de fibra

A tecnologia de corte a laser de fibra utiliza um feixe de luz altamente concentrado para cortar materiais metálicos com precisão. Essa tecnologia funciona focando um feixe de laser no material, que o aquece até o ponto de fusão ou vaporização, resultando em cortes limpos e precisos. Os lasers de fibra são conhecidos por sua excepcional precisão, velocidade e eficiência em comparação aos métodos de corte tradicionais. Eles oferecem vantagens significativas, incluindo menor consumo de energia, custos operacionais reduzidos e a capacidade de cortar uma ampla gama de materiais com manutenção mínima.

Entendendo as máquinas de corte de metal a laser de fibra

Como funcionam os lasers de fibra para corte de metal

O corte a laser em metais envolve um feixe de laser altamente concentrado direcionado para a superfície do metal. O calor do laser derrete ou vaporiza o metal, produzindo um corte limpo e preciso. A seguir, as principais etapas do corte a laser em metais:

Elaboração do padrão de corte: Antes do corte propriamente dito, o desenho ou molde é criado em um software CAD ou outro software gráfico.

Configurando a máquina de corte a laser: O operador ajusta a potência, a velocidade e o foco do laser de acordo com o tipo e a espessura do metal.

Cortando o metal: A máquina de corte a laser segue o padrão do desenho, cortando o metal com alta precisão.

Resfriamento e pós-processamento: Após o corte, as peças metálicas são resfriadas e quaisquer resíduos são removidos. Etapas adicionais de pós-processamento podem incluir rebarbação ou aplicação de revestimentos protetores.

Principais características

PrecisãoOs lasers de fibra oferecem precisão excepcional devido ao seu feixe focalizado e à óptica de alta qualidade. Isso permite cortes detalhados e complexos com tolerâncias rigorosas, tornando-os ideais para peças e componentes metálicos complexos.

VelocidadeOs lasers de fibra são conhecidos por suas altas velocidades de corte. Eles podem processar materiais mais rapidamente do que os métodos tradicionais, aumentando a produtividade geral e reduzindo os tempos de produção.

EficiênciaOs lasers de fibra são altamente eficientes na conversão de energia elétrica em luz laser, resultando em custos operacionais mais baixos. Eles exigem menos manutenção e têm uma vida útil mais longa em comparação com outras tecnologias a laser, contribuindo para menores despesas a longo prazo.

Quais são os dois tipos de lasers para corte de metal?

Existem dois tipos principais de cortadoras a laser usadas para cortar metal: cortadoras a laser de fibra e cortadoras a laser de CO2. Cada tipo tem suas próprias vantagens e desvantagens.

Cortadores a laser de fibra

As máquinas de corte a laser de fibra são reconhecidas por gerar feixes mais estreitos, que efetivamente fornecem cerca de quatro vezes mais potência para a mesma energia de saída do laser em comparação com os lasers de CO2. Essas máquinas operam com maior velocidade e precisão, tornando-as ideais para cortes de alta precisão em peças metálicas mais finas. Além disso, os lasers de fibra têm custos operacionais mais baixos devido à sua eficiência elétrica e construção em estado sólido. No entanto, eles exigem mais gás de proteção de nitrogênio durante o processo de corte.

Cortadoras a laser de CO2

Por outro lado, as máquinas de corte a laser de CO2 produzem um feixe de corte mais amplo e são capazes de operar com maior potência. Elas se destacam em cortes de menor precisão em peças metálicas mais espessas. Embora o investimento inicial (CAPEX) para máquinas de corte a laser de CO2 seja menor do que o de lasers de fibra, seus custos operacionais (OPEX) são maiores por comprimento de corte. Isso torna os lasers de CO2 adequados para aplicações onde a precisão é menos crítica e materiais mais espessos precisam ser processados.

Tipos de metais para máquinas de corte a laser de fibra

Aço

Aço carbono: máquinas de corte de metal a laser de fibra É possível cortar aço carbono de forma eficiente, produzindo bordas limpas. As características de corte dependem do teor de carbono e da espessura. Para chapas finas, os lasers de fibra proporcionam cortes rápidos e precisos, enquanto o aço carbono mais espesso pode exigir ajustes na potência e na velocidade para se obter resultados ideais.

Aço inoxidávelAs propriedades do aço inoxidável, como resistência à corrosão e resistência mecânica, o tornam adequado para uma variedade de aplicações. Os lasers de fibra são eficientes no processamento do aço inoxidável, com configurações ajustadas para evitar a oxidação e obter bordas lisas. As configurações ideais geralmente envolvem alta potência e velocidade para preservar a integridade do material.

Liga de açoO corte de aço-liga com lasers de fibra envolve a compreensão da composição específica da liga. Cada liga pode exigir parâmetros de corte diferentes para garantir cortes de qualidade sem comprometer as propriedades do material.

Alumínio

Tipos e EspessurasOs lasers de fibra podem cortar vários tipos de alumínio, incluindo alumínio puro e ligas de alumínio. A potência e a velocidade da máquina devem ser ajustadas de acordo com a espessura. Por exemplo, alumínio mais espesso pode exigir maior potência e menor velocidade para garantir um corte limpo.

Considerações EspeciaisA natureza reflexiva do alumínio apresenta desafios para o corte a laser de fibra. Requer um controle preciso das configurações do laser e, às vezes, o uso de revestimentos ou gases especiais para otimizar o processo de corte.

Cobre e latão

Desafios e TécnicasO cobre e o latão são altamente reflexivos e condutores, o que torna o corte com lasers de fibra um desafio. Técnicas como o uso de um laser pulsado de alta frequência e a otimização do fluxo de gás podem ajudar a obter cortes precisos. É crucial controlar a dissipação de calor para evitar danos ao material.

Fatores que influenciam a adequação do material

Potência e watts do laser

A potência do laser influencia diretamente sua capacidade de cortar diferentes materiais. Lasers com maior potência conseguem cortar materiais mais espessos e densos com mais facilidade. Por exemplo, um laser de 1000 W pode ser suficiente para cortar chapas finas de aço inoxidável ou alumínio, mas materiais mais espessos ou metais mais resistentes, como titânio ou aço-liga, exigem níveis de potência mais altos para garantir cortes limpos, sem acúmulo excessivo de calor ou deformação do material.

Espessura do material

Diferentes metais possuem faixas de espessura ideais específicas para o corte a laser de fibra. Para o aço carbono, os lasers de fibra podem cortar até 20 mm de espessura, enquanto para o aço inoxidável, o limite geralmente fica em torno de 15 mm. O alumínio normalmente tem uma faixa de corte ideal de até 10 mm, e o cobre ou o latão podem ser cortados com eficiência até 5 mm. Ultrapassar esses limites pode comprometer a qualidade do corte e a eficiência do processo.

Velocidade e qualidade de corte

A velocidade de corte do laser impacta tanto a qualidade do corte quanto a eficiência da operação. Velocidades de corte mais altas podem aumentar a produtividade, mas podem reduzir a precisão e a suavidade das bordas cortadas, especialmente em materiais mais espessos. Por outro lado, velocidades de corte mais baixas podem melhorar a qualidade e a precisão do corte, mas podem levar a tempos de produção mais longos. Encontrar um equilíbrio é crucial para alcançar a qualidade desejada, mantendo a eficiência operacional.

Configurações e parâmetros da máquina

Cada material exige configurações específicas para se obter resultados de corte ideais. Parâmetros como potência do laser, velocidade de corte, posição do foco e pressão do gás precisam ser ajustados de acordo com o material a ser processado. Por exemplo, o corte de alumínio pode exigir uma pressão de gás mais alta para evitar a oxidação, enquanto o corte de aço inoxidável pode exigir ajustes precisos de foco para evitar queimaduras nas bordas. A calibração adequada dessas configurações garante cortes de alta precisão e qualidade em diversos materiais.

Explore o processo de corte a laser em metal

Quais são as principais partes de uma máquina de corte a laser para metais?

 A máquina de corte de metal a laser de fibra é composta por vários componentes principais:

• Ressonador laserÉ aqui que o feixe de laser é gerado.
• Cabeça de corteEste componente abriga a lente de focalização que direciona o feixe de laser para a superfície metálica.
• Controlador CNCO sistema de controle numérico computadorizado (CNC) controla os movimentos e operações da máquina com base nos parâmetros de projeto.
• Sistema de distribuição de gásEste sistema fornece gás auxiliar à cabeça de corte para ajudar a ejetar o metal fundido e minimizar a oxidação.
• ResfriadorEsta peça resfria os componentes da máquina para evitar o superaquecimento durante o funcionamento.

Quais são os principais parâmetros do processo de corte a laser em metais?

Ao cortar metal com laser, vários parâmetros devem ser cuidadosamente controlados para se obter os resultados desejados:

• Potência do laserIsso se refere à quantidade de energia que o laser pode fornecer, medida em watts (W) ou quilowatts (kW).
• Velocidade de corteEssa é a velocidade com que a máquina de corte a laser se move sobre o material. Ela afeta diretamente a qualidade e a eficiência do corte.
• Frequência de pulsoEste é o número de pulsos de laser por segundo. Ele pode afetar a qualidade do corte, a velocidade e a zona afetada pelo calor (ZAC) em geral.
• tamanho do ponto focalEste é o diâmetro do feixe de laser em seu ponto focal. Pontos menores resultam em cortes mais estreitos e maior qualidade de corte.
• Pressão do gás de assistênciaO gás auxiliar ajuda a ejetar o material fundido e a minimizar a oxidação. Sua pressão deve ser ajustada corretamente, dependendo do tipo e da espessura do material.

Quais são as tolerâncias de corte para corte a laser em metal?

As tolerâncias típicas para corte a laser em metais são:

• Para chapas metálicas finas (até 1 mm): +/- 0,1 mm a +/- 0,2 mm
• Para chapas metálicas de espessura média (1 mm a 5 mm): +/- 0,2 mm a +/- 0,5 mm
• Para materiais mais espessos (acima de 5 mm): +/- 0,5 mm a +/- 1,0 mm

Qual é a espessura máxima que o laser pode cortar?

A espessura do metal que pode ser cortado com um laser depende do tipo de laser e de sua potência. Geralmente, um laser pode cortar aço com até 25,4 mm (1 polegada) de espessura, aço inoxidável com até 19,05 mm (0,75 polegadas) e alumínio com até 12,7 mm (0,5 polegadas).

Qual o melhor metal para corte a laser?

O melhor metal para corte a laser depende da aplicação e dos requisitos específicos. No entanto, aço macio, aço inoxidável e alumínio estão entre os mais utilizados devido à sua excelente usinabilidade e compatibilidade com o corte a laser.

Propriedades físicas e químicas dos materiais

Aço macio (Aço carbono)

O aço macio, também conhecido como aço carbono, é uma escolha popular para corte a laser. É acessível, durável e oferece excelente soldabilidade. Com teor de carbono de até 0,3%, não é tão quebradiço quanto os aços com maior teor de carbono.

• Ponto de fusão: 2.600 a 2.800 graus Fahrenheit
• Resistência à tração: 370-500 MPa
• Densidade específica: 7,85

Aço inoxidável

O aço inoxidável é uma liga resistente à corrosão, ideal para uma ampla gama de aplicações. aplicações de corte a laser em aço inoxidável. Oferece boa resistência e excelente resistência à oxidação.

• Ponto de fusão: 2.550 a 2.750 graus Fahrenheit
• Resistência à tração: 515 MPa
• Densidade específica: 7,93

Alumínio

O alumínio é um metal leve, macio e dúctil, com excelente resistência à corrosão, o que torna o corte a laser de alumínio ideal para uma variedade de aplicações industriais.

• Ponto de fusão: 1.220 graus Fahrenheit
• Resistência à tração: 90-140 MPa
• Densidade específica: 2,70

Latão

O latão é uma liga de cobre e zinco. É fácil de usinar, possui boa resistência à corrosão e é excelente para fins decorativos.

• Ponto de fusão: 1.650 a 1.720 graus Fahrenheit
• Resistência à tração: 345-470 MPa
• Densidade específica: 8,4-8,73

Cobre

O cobre possui excelente condutividade térmica e elétrica. É resistente, dúctil e pode ser facilmente soldado e brasado.

• Ponto de fusão: 1.984 graus Fahrenheit
• Resistência à tração: 210-360 MPa
• Densidade específica: 8,96

Vantagens do laser de fibra para corte de metais

Precisão

As máquinas de corte a laser de fibra oferecem precisão incomparável, permitindo cortes intrincados e complexos com mínimo desperdício de material. Os feixes de laser de alta potência podem cortar diversos metais com excepcional exatidão, garantindo produtos acabados de alta qualidade. Esse nível de precisão é crucial para indústrias como a automotiva, aeroespacial e eletrônica, onde especificações e tolerâncias exatas são obrigatórias. As bordas lisas e limpas produzidas por essas máquinas eliminam a necessidade de operações secundárias, aumentando a eficiência dos processos de fabricação de metal.

Velocidade

As máquinas de corte a laser de fibra operam significativamente mais rápido do que as máquinas de corte convencionais, resultando em tempos de produção mais curtos. Essa maior velocidade aumenta a produtividade e reduz os prazos de entrega, permitindo processos de fabricação mais eficientes. A capacidade de corte rápido das máquinas a laser de fibra permite que os fabricantes cumpram cronogramas de produção apertados e respondam rapidamente às demandas dos clientes. Essa agilidade é particularmente valiosa em setores que exigem prazos de entrega rápidos, como a indústria automotiva e os processos de produção just-in-time.

Versatilidade

As máquinas de corte a laser podem processar uma ampla gama de materiais, incluindo aço inoxidável, alumínio e cobre, tornando-as ideais para diversas aplicações de fabricação de metal. Sua capacidade de criar designs e formas complexas garante o atendimento às diversas necessidades dos clientes. A precisão e a exatidão das máquinas de corte a laser minimizam o desperdício de material e reduzem a necessidade de operações secundárias, resultando em tempos de produção mais rápidos e custos mais baixos. A versatilidade das máquinas de corte a laser as torna ferramentas indispensáveis para uma ampla gama de indústrias.

Relação custo-benefício

Embora o investimento inicial em máquinas de corte a laser de fibra possa ser maior, a economia a longo prazo é substancial. Sua eficiência e precisão reduzem o desperdício de material e minimizam a necessidade de operações secundárias, diminuindo os custos de produção. A velocidade e a precisão dessas máquinas resultam em significativa economia de tempo, aumentando a produtividade e a produção. Além disso, a versatilidade das máquinas de corte a laser permite que uma única máquina processe diversos materiais e aplicações, economizando em custos de equipamentos e otimizando o espaço físico.

Manutenção mínima

As máquinas de corte a laser de fibra são conhecidas por sua confiabilidade e baixa necessidade de manutenção. Com menos peças móveis e uma fonte de laser de estado sólido, essas máquinas têm uma vida útil mais longa e exigem manutenção menos frequente, resultando em maior tempo de atividade e produtividade. Essa manutenção mínima reduz os custos operacionais gerais e garante um desempenho consistente ao longo do tempo. A fonte de laser de estado sólido nas máquinas de corte a laser de fibra simplifica a operação e reduz a necessidade de substituições frequentes de peças, tornando-as uma solução confiável e econômica para a fabricação de metais.

Laser de fibra versus laser de CO2: qual é o melhor para metais?

1. Gerador de laser

O laser de dióxido de carbono é um laser de molécula gasosa, com CO2 como meio e O2, He, Xe, etc., como gases auxiliares. O feixe é transmitido e focalizado na cabeça de corte a laser através do refletor. Já a máquina de corte a laser de fibra transmite o feixe de laser através de diodos e cabos de fibra óptica. Vários diodos bombeiam o feixe de laser e o transmitem para a cabeça de corte através de cabos de fibra óptica flexíveis. Na tecnologia de laser de CO2, o refletor deve ser utilizado a uma certa distância, mas o laser de fibra não está sujeito a tais restrições.

2. Taxa de conversão

O laser de fibra é uma tecnologia laser avançada atualmente. O gerador de laser de estado sólido que utiliza é mais eficiente do que o laser de dióxido de carbono tradicional. A taxa de conversão fotoelétrica de um cortador a laser de dióxido de carbono é de apenas 8% a 10%, enquanto a de um cortador a laser de fibra pode chegar a 30%. Ou seja, o consumo total de energia de um cortador a laser de fibra é de 3 a 5 vezes menor do que o de um cortador a laser de CO2, melhorando assim a eficiência energética em pelo menos 86%, economizando mais energia e reduzindo também os custos de produção.

3. Capacidade de corte

O laser de fibra possui um comprimento de onda mais curto, apenas 1/10 do comprimento de onda gerado pelo laser de CO2, o que melhora a absorção do material a ser cortado pelo feixe e o torna mais adequado para condução em fibras finas e flexíveis. Comparado ao laser de dióxido de carbono, que utiliza reflexão em espelhos, o laser de fibra é mais flexível e de manutenção mais simples. Uma máquina de corte a laser de fibra de 3 kW equivale a uma máquina de corte a laser de CO2 de 4-5 kW em capacidade e velocidade de corte, reduzindo significativamente os custos operacionais.

4. Custo de manutenção

A estrutura do laser de CO2 é relativamente complexa e o custo de manutenção na fase final é relativamente alto. Além disso, o sistema de laser de CO2 deve ser limpo e mantido regularmente, e o refletor também deve ser limpo e calibrado periodicamente. Ademais, devido à pureza do gás dióxido de carbono, o ressonador também deve ser mantido regularmente. Além disso, a turbina que transporta o gás laser também necessita de manutenção e revisão periódicas. O corte a laser de fibra, por sua vez, é basicamente livre de manutenção, com poucas peças vulneráveis. Ele pode suportar ambientes de trabalho severos e possui alta resistência à poeira, impacto, umidade e temperatura, resultando em baixo custo de manutenção.

5. Processamento do material

O comprimento de onda do feixe do laser de CO2 é de 10,64 µm, sendo mais facilmente absorvido por materiais não metálicos. Já o comprimento de onda do laser de fibra é de apenas 1,064 µm, dez vezes menor que o do laser de CO2. Devido a essa menor distância focal, a intensidade do corte a laser de fibra é quase 100 vezes maior que a do corte a laser de CO2 com a mesma potência de saída. Portanto, a máquina de corte a laser de fibra é muito adequada para o corte de materiais metálicos.

A máquina de corte a laser de CO2 é usada principalmente para cortar e gravar materiais não metálicos, como madeira, acrílico, papel, couro, tecido, etc., devido à sua baixa eficiência no corte e gravação de materiais metálicos. A máquina de corte a laser de fibra, também conhecida como máquina de corte a laser para metais, é usada principalmente para materiais metálicos, como aço inoxidável, aço carbono, aço galvanizado, cobre, alumínio, etc.

Considerações finais

Avalie cuidadosamente suas necessidades de materiais e as características específicas das máquinas de corte a laser de fibra para garantir a melhor decisão de investimento. A KRRASS oferece uma gama de máquinas de corte a laser de fibra avançadas e orientação especializada para ajudá-lo a selecionar a solução ideal para suas necessidades de fabricação de metal.