As atividades de fabricação a laser atualmente incluem corte, soldagem, tratamento térmico, revestimento, deposição de vapor, gravação, risco, corte, recozimento e endurecimento por choque. Os processos de fabricação a laser competem técnica e economicamente com processos de fabricação convencionais e não convencionais, como usinagem mecânica e térmica, soldagem a arco, eletroquímica e usinagem por descarga elétrica (EDM), corte por jato de água abrasivo, corte por plasma e corte por chama.
O corte por jato de água é um processo usado para cortar materiais usando um jato de água pressurizada de até 60.000 libras por polegada quadrada (psi). Muitas vezes, a água é misturada com um abrasivo tipo granada que permite que mais materiais sejam cortados de forma limpa, com tolerâncias estreitas, de forma quadrada e com um bom acabamento de borda. Os jatos de água são capazes de cortar muitos materiais industriais, incluindo aço inoxidável, Inconel, titânio, alumínio, aço para ferramentas, cerâmica, granito e placas blindadas. Este processo gera ruído significativo.
A tabela a seguir contém uma comparação entre o corte de metal usando o processo de corte a laser CO2 e o processo de corte por jato de água no processamento de materiais industriais.
§ Diferenças fundamentais de processo
§ Aplicações e usos típicos de processos
§ Investimento inicial e custos operacionais médios
§ Precisão do processo
§ Considerações de segurança e ambiente operacional
Diferenças fundamentais de processo
| Assunto | Laser de CO2 | Corte com jato de água |
| Método de transmissão de energia | Luz 10,6 m (alcance do infravermelho distante) | Água |
| Fonte de energia | Laser a gás | Bomba de alta pressão |
| Como a energia é transmitida | Feixe guiado por espelhos (óptica voadora); transmissão de fibra não viável para laser de CO2 | Mangueiras rígidas de alta pressão transmitem a energia |
| Como o material cortado é expelido | Jato de gás, além de gás adicional, expele material | Um jato de água de alta pressão expele resíduos |
| Distância entre o bico e o material e tolerância máxima permitida | Aproximadamente 0,2″ 0,004″, sensor de distância, regulação e eixo Z necessários | Aproximadamente 0,12″ 0,04″, sensor de distância, regulação e eixo Z necessários |
| Configuração física da máquina | Fonte de laser sempre localizada dentro da máquina | A área de trabalho e a bomba podem ser localizadas separadamente |
| Gama de tamanhos de mesa | 8′ x 4′ a 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ a 13′ x 6,5′ |
| Saída típica do feixe na peça de trabalho | 1500 a 2600 Watts | 4 a 17 quilowatts (4000 bar) |
Aplicações e usos de processos típicos
| Assunto | Laser de CO2 | Corte com jato de água |
| Usos típicos do processo | Corte, perfuração, gravação, ablação, estruturação, soldagem | Corte, ablação, estruturação |
| Corte de materiais 3D | Difícil devido à orientação rígida do feixe e à regulação da distância | Parcialmente possível, uma vez que a energia residual atrás da peça é destruída |
| Materiais que podem ser cortados pelo processo | Todos os metais (excluindo metais altamente reflexivos), todos os plásticos, vidro e madeira podem ser cortados | Todos os materiais podem ser cortados por este processo |
| Combinações de materiais | Materiais com diferentes pontos de fusão dificilmente podem ser cortados | Possível, mas existe o perigo de delaminação |
| Estruturas sanduíche com cavidades | Isso não é possível com um laser de CO2 | Capacidade limitada |
| Corte de materiais com acesso limitado ou prejudicado | Raramente possível devido à pequena distância e à grande cabeça de corte a laser | Limitado devido à pequena distância entre o bico e o material |
| Propriedades do material cortado que influenciam o processamento | Características de absorção do material a 10,6m | A dureza do material é um fator chave |
| Espessura do material na qual o corte ou processamento é econômico | ~0,12″ a 0,4″ dependendo do material | ~0,4″ a 2,0″ |
| Aplicações comuns para este processo | Corte de chapas de aço planas de espessura média para processamento de chapas metálicas | Corte de pedra, cerâmica e metais de maior espessura |
Investimento inicial e custos operacionais médios
| Assunto | Laser de CO2 | Corte com jato de água |
| Investimento de capital inicial necessário | US$ 300.000 com uma bomba de 20 kW e uma mesa de 6,5′ x 4′ | US$ 300.000 ou mais |
| Peças que irão se desgastar | Vidro protetor, gás bicos, além de filtros de poeira e partículas | Bocal de jato de água, bocal de foco e todos os componentes de alta pressão, como válvulas, mangueiras e vedações |
| Consumo médio de energia do sistema de corte completo | Suponha um laser de CO2 de 1500 Watts: Uso de energia elétrica: 24-40 kW Gás laser (CO2, N2, He): 2-16l/h Gás de corte (O2, N2): 500-2000 l/h | Suponha uma bomba de 20 kW: Uso de energia elétrica: 22-35 kW Água: 10 l/h Abrasivo: 36 kg/h Eliminação de resíduos de corte |
Precisão do processo
| Assunto | Laser de CO2 | Corte com jato de água |
| Tamanho mínimo da fenda de corte | 0,006″, dependendo da velocidade de corte | 0,02″ |
| Aparência da superfície cortada | A superfície cortada mostrará uma estrutura estriada | A superfície de corte parecerá ter sido jateada, dependendo da velocidade de corte |
| Grau de bordas cortadas completamente paralelas | Bom; ocasionalmente demonstrará bordas cônicas | Bom; há um efeito “cauda” nas curvas no caso de materiais mais espessos |
| Tolerância de processamento | Aproximadamente 0,002″ | Aproximadamente 0,008″ |
| Grau de rebarbas no corte | Apenas ocorre rebarbação parcial | Nenhuma rebarba ocorre |
| Estresse térmico do material | Deformação, revenido e alterações estruturais podem ocorrer no material | Não ocorre estresse térmico |
| Forças que atuam no material na direção do gás ou jato de água durante o processamento | Poses de pressão de gás problemas com magreza peças de trabalho, distância não pode ser mantido | Alto: peças finas e pequenas só podem ser processadas até um grau limitado |
Considerações de segurança e ambiente operacional
| Assunto | Laser de CO2 | Corte com jato de água |
| Segurança pessoalrequisitos de equipamento | Óculos de segurança com proteção a laser não são absolutamente necessários | São necessários óculos de segurança, proteção auricular e proteção contra contato com jato de água de alta pressão. |
| Produção de fumaça e poeira durante o processamento | Ocorre; plásticos e algumas ligas metálicas podem produzir gases tóxicos | Não aplicável para corte com jato de água |
| Poluição sonora e perigo | Muito baixo | Excepcionalmente alto |
| Requisitos de limpeza da máquina devido à confusão do processo | Limpeza baixa | Limpeza alta |
| Redução de resíduos produzidos pelo processo | O corte de resíduos ocorre principalmente na forma de poeira que requer extração e filtragem a vácuo | Grandes quantidades de resíduos de corte ocorrem devido à mistura de água com abrasivos |