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O corte a laser é uma tecnologia que usa um laser para cortar materiais e geralmente é usada para aplicações de fabricação industrial, mas também está sendo usada por escolas, pequenas empresas e hobbyists. O corte a laser funciona direcionando a saída de um laser de alta potência mais comumente através da ótica. A ótica laser e o CNC (controle numérico computacional) são usados para direcionar o material ou o raio laser gerado. Um laser comercial típico para materiais de corte envolveria um sistema de controle de movimento para seguir um CNC ou código G do padrão a ser cortado no material. O feixe laser focado é direcionado para o material, que, em seguida, derrete, queima, se evapora ou é deslocado por um jato de gás, [1] deixando uma borda com um acabamento superficial de alta qualidade. Os cortadores de laser industriais são usados para cortar material de folha plana, bem como materiais estruturais e de tubulação.
Existem três tipos principais de lasers usados no corte a laser. O laser de CO2 é adequado para cortar, chocar e gravar. Os lances de neodímio (Nd) e neodímio itrio-alumínio-granada (Nd-YAG) são de estilo idêntico e diferem apenas na aplicação. Nd é usado para chato e onde são necessárias altas energias, mas baixa repetição. O laser Nd-YAG é usado onde é necessário um poder muito alto e para chato e gravura. Tanto o laser CO2 como o Nd / Nd-YAG podem ser usados para soldagem. [7]
As variantes comuns de lasers de CO2 incluem fluxo axial rápido, fluxo axial lento, fluxo transversal e laje.
Os lasers de CO2 são comumente "bombeados" passando uma corrente através da mistura de gás (DC-excitado) ou usando energia de radiofreqüência (excitada por RF). O método RF é mais novo e tornou-se mais popular. Uma vez que os projetos DC requerem eletrodos dentro da cavidade, eles podem encontrar erosão de eletrodos e revestimento de material de eletrodo em vidro e óptica. Uma vez que os ressonadores RF possuem eletrodos externos, eles não são propensos a esses problemas.
Os laser de CO2 são utilizados para o corte industrial de muitos materiais, incluindo aço macio, alumínio, aço inoxidável, titânio, papelão, papel, cera, plásticos, madeira e tecidos. Os laser de YAG são usados principalmente para cortar e traçar metais e cerâmicas.
Além da fonte de energia, o tipo de fluxo de gás também pode afetar o desempenho. Em um ressonador de fluxo axial rápido, a mistura de dióxido de carbono, hélio e nitrogênio circula a alta velocidade por uma turbina ou ventoinha. Os lasers de fluxo transversal circulam a mistura de gás a uma velocidade mais baixa, exigindo um ventilador mais simples. Os ressonadores refrigerados por deformação ou por difusão possuem um campo de gás estático que não requer pressurização ou vidro, levando a economias em turbinas de substituição e produtos de vidro.
O gerador a laser e a ótica externa (incluindo a lente de foco) requerem refrigeração. Dependendo do tamanho e configuração do sistema, o calor residual pode ser transferido por um refrigerante ou diretamente no ar. A água é um refrigerante comumente usado, geralmente circulado através de um resfriador ou sistema de transferência de calor.
Um microjet a laser é um laser guiado por jato de água no qual um feixe laser pulsado é acoplado a um jato de água de baixa pressão. Isso é usado para executar funções de corte a laser enquanto usa o jato de água para guiar o feixe de laser, bem como uma fibra óptica, através da reflexão interna total. As vantagens disso são que a água também remove detritos e esfria o material. Vantagens adicionais sobre o corte a laser tradicional "seco" são altas velocidades de corte, corte paralelo e corte omnidirecional.
Os laser de fibra são um tipo de laser de estado sólido que está crescendo rapidamente dentro da indústria de corte de metais. Ao contrário do CO2, a tecnologia de fibra utiliza um meio de ganho sólido, ao contrário de um gás ou líquido. O "laser de semente" produz o feixe de laser e é então amplificado dentro de uma fibra de vidro. Com um comprimento de onda de apenas 1,064 micrómetros, as lâminas de fibra produzem um tamanho de ponto extremamente pequeno (até 100 vezes menor em comparação com o CO2), o que o torna ideal para o corte de material metálico reflexivo. Esta é uma das principais vantagens da fibra em comparação com o CO2.
Geralmente, existem três configurações diferentes de máquinas industriais de corte a laser: material móvel, híbrido e sistemas de ótica de vôo. Isso se refere à maneira como o feixe de laser é movido sobre o material a ser cortado ou processado. Para todos estes, os eixos de movimento são tipicamente designados eixo X e Y. Se a cabeça de corte pode ser controlada, ela é designada como o eixo Z.
Os lâminas de material móvel possuem uma cabeça de corte estacionária e movem o material abaixo. Este método fornece uma distância constante do gerador de laser para a peça de trabalho e um único ponto para remover o efluente de corte. Ele requer menos ótica, mas requer mover a peça de trabalho. Esta máquina de estilo tende a ter o menor número de ópticas de entrega de feixe, mas também tende a ser a mais lenta.
Os lasers híbridos fornecem uma tabela que se move em um eixo (geralmente o eixo X) e mova a cabeça ao longo do eixo mais curto (Y). Isso resulta em um comprimento de caminho de entrega de feixe mais constante do que uma máquina óptica volante e pode permitir um sistema de entrega de feixe mais simples. Isso pode resultar em perda de energia reduzida no sistema de entrega e mais capacidade por watt do que máquinas de ótica de vôo.
Os laser de ótica de vôo apresentam uma mesa estacionária e uma cabeça de corte (com raio laser) que se desloca sobre a peça de trabalho em ambas as dimensões horizontais. Os cortadores de ótica voladores mantêm a peça de trabalho estacionária durante o processamento e, muitas vezes, não requerem o aperto do material. A massa móvel é constante, de modo que a dinâmica não é afetada pelo tamanho variável da peça de trabalho. As máquinas de ótica de vôo são o tipo mais rápido, o que é vantajoso ao cortar peças mais finas. [11]
As máquinas ópticas volantes devem usar algum método para levar em conta a mudança do comprimento do feixe do corte do campo próximo (perto do ressoador) ao corte distante do campo (longe do ressoador). Métodos comuns para controlar isso incluem colimação, óptica adaptativa ou o uso de um eixo constante do comprimento do feixe.
As máquinas de cinco e seis eixos também permitem cortar peças de trabalho formadas. Além disso, existem vários métodos para orientar o feixe de laser para uma peça em forma, mantendo uma distância adequada de foco e distanciamento do bico, etc.
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