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Na indústria de manufatura atual, máquinas de corte a laser de fibra tornaram-se uma ferramenta essencial para o processamento de metais. Entre eles, o Máquina de corte a laser de fibra de 2 kW destaca-se pelo seu equilíbrio entre potência, eficiência e custo-benefício. Mas como funciona exatamente e por que tantas oficinas confiam nele?

1. Princípio da Geração de Laser

Fonte de Luz: Um cabo de fibra óptica dopado com itérbio ou outros elementos de terras raras é usado como meio de ganho. Uma fonte de bombeamento semicondutora (como um laser de diodo) excita os íons de terras raras dentro da fibra, causando transições de alto nível de energia e liberando luz de um comprimento de onda específico (tipicamente luz infravermelha próxima a 1070–1080 nm).

Amplificador de fibra:

O laser é refletido e amplificado repetidamente dentro da fibra flexível, formando um feixe de laser contínuo ou pulsado de alta densidade de potência e alta qualidade de feixe.

2. Transmissão e Foco do Laser

Transmissão de fibra:

O laser é transmitido através da fibra flexível para a cabeça de corte, eliminando a necessidade de sistemas de espelho complexos (ao contrário dos lasers de CO₂), resultando em perda mínima de energia (<5%) e adequação para transmissão de longa distância.

Sistema de Foco:

Lentes de colimação e lentes de foco (normalmente lentes asféricas) dentro da cabeça de corte focalizam o feixe de laser em um ponto extremamente pequeno (diâmetro de aproximadamente 0,01–0,1 mm), alcançando densidades de potência de 10⁶–10⁸ W/cm².

3. Mecanismo de corte de material

Principais processos físicos no corte de metais:

Absorção e Aquecimento:

As superfícies metálicas têm altas taxas de absorção para comprimentos de onda de laser de fibra (especialmente para materiais altamente refletivos, como cobre e alumínio; revestimentos antirreflexos podem aumentar ainda mais a eficiência).

A energia luminosa é absorvida pelos elétrons e convertida em energia térmica, fazendo com que a temperatura local do material aumente instantaneamente até seu ponto de fusão ou ebulição (por exemplo, aproximadamente 1500 °C para o aço).

Fusão e vaporização:

Corte por fusão (adequado para aço carbono, aço inoxidável): a energia do laser derrete o material e gases auxiliares (como nitrogênio, oxigênio) sopram o metal fundido.

Corte por sublimação (adequado para chapas finas ou requisitos de alta precisão): O laser vaporiza diretamente o material sem a necessidade de gases auxiliares (como metais extremamente finos ou não metais).

Papel dos gases auxiliares:

Oxigênio (O₂): Reage exotermicamente com metal fundido (oxidação), acelerando o corte e melhorando a qualidade das superfícies de corte do aço carbono, mas pode produzir uma camada de óxido.

Nitrogênio (N₂): Proteção inerte, evitando oxidação, adequado para materiais que exigem cortes limpos, como aço inoxidável e alumínio.

Formação da costura de corte:

O feixe de laser se move em relação ao material (controlado por um sistema CNC) para formar uma costura de corte contínua.

Ajuste dinâmico da posição focal (por exemplo, cabeça de corte com foco automático) para acomodar diferentes espessuras de material.

4. Sistema CNC e Controle de Movimento

Controle CNC:

Caminhos de corte predefinidos (por exemplo, arquivos DXF) são convertidos por um computador em comandos de movimento mecânico, acionando servomotores para controlar o movimento do cabeçote de corte ou da mesa de trabalho (eixos X/Y/Z).

Precisão dinâmica:

Guias de alta precisão e motores lineares garantem precisão de posicionamento (±0,05 mm) em velocidades de corte de até 50 m/min.

5. Vantagens e limitações da potência de 2 kW

Vantagens:

Pode cortar materiais mais grossos (por exemplo, aço carbono ≤20 mm, aço inoxidável ≤12 mm, alumínio ≤10 mm).

Maior velocidade (30%–50% mais rápido que uma máquina a laser de 1 kW).

Menor consumo de energia (eficiência de conversão eletro-óptica de 30%–50%, significativamente maior que os lasers de CO₂ em 10%).

Limitações:

É necessário um processamento especial para materiais altamente refletivos (por exemplo, cobre, ouro) (por exemplo, ajuste de frequência de pulso).

Materiais extremamente espessos (por exemplo, aço carbono >25 mm) podem exigir cortes múltiplos ou métodos alternativos, como corte a plasma/chama.

6. Principais componentes e tecnologias

Laser de fibra: lasers de fibra monomodo ou multimodo de 2 kW de marcas como IPG e SPI.

Cabeça de corte: Marcas como Precitec e Raytools, incluindo lentes de proteção, bicos de gás e sistemas de ajuste de altura capacitivos.

Sistema de resfriamento: unidades resfriadas a água mantêm a temperatura do laser estável (±1°C).

Sistema de remoção de poeira: Dispositivos de ventilação ou filtragem controlam os vapores de corte.

7. Cenários típicos de aplicação

Indústrias: Processamento de chapas metálicas, peças automotivas, aeroespacial, gabinetes eletrônicos, etc.

Materiais: Aço carbono, aço inoxidável, liga de alumínio, latão, liga de titânio, etc.

Tipos de processamento: corte plano, perfuração e corte de contorno irregular.

Traduzido com DeepL.com (versão gratuita)

Resumo:

A máquina de corte a laser de fibra de 2 kW utiliza feixes de laser de fibra de alta energia, sistemas ópticos de precisão e tecnologia CNC para obter cortes eficientes e de alta precisão em materiais metálicos. Suas principais vantagens residem em sua alta densidade de potência, baixo consumo de energia e baixos custos de manutenção, tornando-a particularmente adequada para o processamento de chapas metálicas de espessura média. Em aplicações práticas, a potência, a posição focal e o tipo de gás auxiliar devem ser ajustados de acordo com as características do material para otimizar a qualidade do corte.

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