Como o corte a laser de alumínio mudou as regras da fabricação de metais

O corte a laser de alumínio nunca foi moleza, considerando a alta condutividade térmica e a refletividade óptica do material. Mas, de muitas maneiras, o laser de fibra mudou o jogo. Getty Images

O laser de fibra mudou o jogo de corte a laser, não apenas por sua velocidade, mas por seu comprimento de onda. O comprimento de onda de 10,6 mícrons do feixe de laser de CO2 teve décadas de sucesso desde o nascimento da indústria de corte a laser, mas quando se trata de materiais não ferrosos, a refletividade óptica mostrou sua cabeça feia. Este complicado material não ferroso de corte a laser em grande escala. O corte de cobre e latão com laser de CO2 era (e ainda é) raro, embora alguns fabricantes tenazes tenham conseguido o feito.

Cortar alumínio com um laser de CO2 é bastante comum. Mas o comprimento de onda de 10,6 mícrons do CO2 ainda não é o ideal, então o processo permanece um pouco como espremer um pequeno pino redondo em um buraco quadrado maior. Não é impossível; o pino ainda passa pelo buraco, mas prendê-lo exige algum esforço.

Então, no início deste século, o laser de fibra entrou na briga com seu comprimento de onda de 1 mícron. A maioria dos metais comuns na loja de fabricação absorve mais e reflete menos desse comprimento de onda de 1 mícron do que o comprimento de onda de 10,6 mícrons. Na área do laser de fibra, de fato, o alumínio corta muito bem, assim como o cobre e o latão.

Portanto, quando um fabricante obtém um corte limpo em alumínio ou outro material não ferroso com o laser de fibra, o que exatamente ocorre no próprio corte? Para responder a esta pergunta, o FABRICATOR conversou com Charles Caristan, PhD, um colega técnico e diretor de mercado global, fabricação e construção de metal, no escritório da Air Liquide em Conshohocken, Pa.,. Especialista de longa data em corte a laser, Caristan é o autor do Laser Cutting Guide for Manufacturing, publicado pela SME.

Como Caristan explicou, há muito mais na receita de corte de não ferrosos do que o comprimento de onda do feixe. Outros componentes incluem densidade de potência, foco do feixe, largura do kerf, tipo de gás auxiliar e taxa de fluxo. Misture tudo isso da maneira certa e você obterá as impressionantes velocidades de corte e cortes limpos do laser de fibra, mesmo em uma variedade de materiais não ferrosos que antes eram considerados refletivos demais para serem cortados com um feixe de luz a laser de CO2.

Observe que o que segue não abrange parâmetros de corte específicos, que para a maioria das máquinas de corte são definidos pelo fabricante do equipamento. Alguns fabricantes usam essas configurações de fábrica, outros as ajustam dependendo dos requisitos da aplicação. O que se segue descreve - em termos básicos, "diários não fotônicos" - por que esses parâmetros funcionam da maneira que funcionam.

Se alguém disser que algo no corte a laser é impossível ou impraticável, é provável que um fabricante em algum lugar tenha tornado isso possível e prático. Por exemplo, Caristan lembrou-se de ter visitado um fabricante anos atrás que cortava uma liga de cobre de 0,125 pol. de espessura usando um laser de CO2 de 2,5 kW. "O fabricante fez isso por anos", disse ele. "A cabeça de corte movia-se lentamente e o operador tinha que parar o ciclo de corte no meio para deixá-la esfriar. Não era bonito, mas era factível."

O corte a laser de materiais não ferrosos tem um histórico de encontrar e superar obstáculos. Como Caristan explicou, os primeiros usuários do laser de CO2 experimentaram algumas sérias dores de crescimento ao cortar material refletivo. Logo no início, eles viram os efeitos das características de baixa absorção do alumínio produzindo retrorreflexões.

"Portanto, o processo de corte a laser não era apenas menos eficiente", disse Caristan, "mas eles tinham que lidar com a retrorreflexão através dos sistemas ópticos, indo até as cavidades dos ressonadores de laser, muitas vezes destruindo-os. aprendi muito desde então. A maioria das máquinas, incluindo sistemas de laser de fibra, possui controles óticos e numéricos integrados que atenuam ou impedem a retrorreflexão."

Os fabricantes de ferramentas e moldes prestam atenção à resistência e às propriedades de cisalhamento de um material. Engenheiros e técnicos que desenvolvem parâmetros de corte a laser direcionam seu foco para outro lugar, incluindo as características de absorção e refletividade de um material; ponto de fusão; viscosidade do material fundido; condutividade térmica; e condições da superfície do material, incluindo filmes e revestimentos.