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

Cortar alumínio a laser nunca foi moleza, considerando a alta condutividade térmica e refletividade óptica do material. Mas, em muitos aspectos, o laser de fibra mudou o jogo. Imagens Getty

O laser de fibra mudou o jogo do corte a laser, não apenas pela velocidade, mas também pelo comprimento de onda. O comprimento de onda de 10,6 mícrons do feixe de laser CO2 teve décadas de sucesso desde o nascimento da indústria de corte a laser, mas quando se tratava de materiais não ferrosos, a refletividade óptica apareceu. Este complicado corte a laser de materiais não ferrosos em grande estilo. O corte de cobre e latão com laser de CO2 era (e ainda é) raro, embora alguns fabricantes tenazes tenham conseguido a façanha.

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 apertar um pequeno pino redondo em um buraco quadrado maior. Não é impossível; o pino ainda cabe no buraco, mas é preciso algum esforço para prendê-lo.

Então, no início deste século, o laser de fibra entrou em cena com seu comprimento de onda de 1 mícron. Os metais mais comuns na fábrica absorvem mais e refletem menos desse comprimento de onda de 1 mícron do que o comprimento de onda de 10,6 mícron. Na área do laser de fibra, na verdade, o alumínio corta muito bem, assim como o cobre e o latão.

Então, quando um fabricante consegue 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 FABRICADOR conversou com Charles Caristan, PhD, pesquisador técnico e diretor de mercado global, fabricação e construção metálica, no escritório da Air Liquide em Conshohocken, Pensilvânia. Especialista de longa data em corte a laser, Caristan é autor do Laser Cutting Guide for Manufacturing, publicado pela SME.

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

Observe que o que segue não cobre parâmetros de corte específicos, que para a maioria das máquinas de corte são definidos pelo fabricante do equipamento. Alguns fabricantes utilizam essas configurações de fábrica, outros as ajustam dependendo dos requisitos da aplicação. O que se segue descreve - em termos básicos, de “jornal não fotônico” - 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 cortou uma liga de cobre de 0,125 pol. de espessura usando um laser de CO2 de 2,5 kW. “O fabricante fez isso durante anos”, disse ele. “A cabeça de corte movia-se lentamente e o operador tinha de parar o ciclo de corte a meio para a deixar arrefecer. Não foi bonito, mas foi factível.”

O corte a laser de materiais não ferrosos tem um histórico de enfrentar e superar obstáculos. Como explicou Caristan, os primeiros a adotar o laser de CO2 experimentaram sérias dificuldades de crescimento ao cortar material reflexivo. Logo no início, eles observaram os efeitos das características de baixa absorção do alumínio, produzindo retrorreflexões.

“Portanto, o processo de corte a laser não só foi menos eficiente”, disse Caristan, “mas eles tiveram que lidar com a retrorreflexão através dos sistemas ópticos, voltando até as cavidades dos ressonadores a laser, muitas vezes destruindo-os. Aprendemos muito desde então. A maioria das máquinas, incluindo sistemas de laser de fibra, possui óptica integrada e controles numéricos que atenuam ou evitam 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.