As atividades de fabricação a laser incluem atualmente corte, soldagem, tratamento térmico, revestimento, deposição de vapor, gravação, marcação, recorte, recozimento e têmpera por choque. Os processos de fabricação a laser competem, tanto técnica quanto economicamente, com processos de fabricação convencionais e não convencionais, como usinagem mecânica e térmica, soldagem a arco, eletroquímica e usinagem por eletroerosão (EDM), corte por jato de água abrasivo, corte a plasma e corte a chama.
O corte a jato de água é um processo utilizado para cortar materiais usando um jato de água pressurizada com pressão de até 60.000 libras por polegada quadrada (psi). Frequentemente, a água é misturada com um abrasivo, como granada, que permite o corte de uma variedade maior de materiais com tolerâncias rigorosas, cortes retos e um bom acabamento nas bordas. Os jatos de água são capazes de cortar diversos materiais industriais, incluindo aço inoxidável, Inconel, titânio, alumínio, aço ferramenta, cerâmica, granito e chapas de blindagem. Este processo gera ruído considerável.
A tabela a seguir apresenta uma comparação do corte de metais utilizando o processo de corte a laser de CO2 e o processo de corte a jato de água no processamento industrial de materiais.
§ Diferenças fundamentais de processo
§ Aplicações e usos típicos do processo
§ Investimento inicial e custos operacionais médios
§ Precisão do processo
§ Considerações de segurança e ambiente operacional
diferenças fundamentais de processo
| Assunto | laser de CO2 | corte a jato de água |
| Método de transmissão de energia | Luz 10,6 m (alcance do infravermelho distante) | Água |
| Fonte de energia | Laser de gás | Bomba de alta pressão |
| Como a energia é transmitida | Feixe guiado por espelhos (óptica voadora); transmissão por fibra óptica não. viável para laser de CO2 | Mangueiras rígidas de alta pressão transmitem a energia. |
| Como o material cortado é expelido | Jato de gás, mais gás adicional, expulsa o material. | Um jato de água de alta pressão expulsa o material residual. |
| Distância entre o bocal e o material e tolerância máxima permitida | Aproximadamente 0,2″ 0,004″, sensor de distância, regulagem e eixo Z necessários | Aproximadamente 0,12″ 0,04″, sensor de distância, regulagem e eixo Z necessários |
| Configuração física da máquina | A fonte de laser está sempre localizada dentro da máquina. | A área de trabalho e a bomba podem estar localizadas separadamente. |
| Variedade 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 típicos do processo
| Assunto | laser de CO2 | corte a jato de água |
| Usos típicos do processo | Corte, perfuração, gravação, ablação, estruturação, soldagem | Corte, ablação, estruturação |
| Corte de material 3D | Dificuldade devido à rigidez do guia do feixe e à regulação da distância. | Parcialmente possível, visto que a energia residual atrás da peça é destruída. |
| Materiais que podem ser cortados pelo processo | Todos os metais (exceto 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 são praticamente impossíveis de cortar. | É possível, mas existe o risco de delaminação. |
| Estruturas sanduíche com cavidades | Isso não é possível com um laser de CO2. | Habilidade limitada |
| Corte de materiais com acesso limitado ou dificultado. | Raramente possível devido à pequena distância e ao grande cabeçote de corte a laser. | Limitado devido à pequena distância entre o bocal e o material. |
| Propriedades do material cortado que influenciam o processamento. | Características de absorção do material a 10,6 m | A dureza do material é um fator chave. |
| Espessura do material na qual o corte ou processamento é economicamente viável | Aproximadamente de 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 a jato de água |
| Investimento inicial de capital necessário | US$ 300.000 com uma bomba de 20 kW e uma mesa de 6,5 pés x 4 pés. | Mais de US$ 300.000 |
| Peças que se desgastarão | Vidro de proteção, gás bicos, além de filtros de poeira e partículas | Bocal de jato de água, bocal de focalização e todos os componentes de alta pressão, como válvulas, mangueiras e vedações. |
| Consumo médio de energia de um sistema de corte completo | Considere um laser de CO2 de 1500 watts: Consumo de energia elétrica: 24-40 kW Gás laser (CO2, N2, He): 2-16 l/h Gás de corte (O2, N2): 500-2000 l/h | Considere uma bomba de 20 kW: Consumo de energia elétrica: 22-35 kW Água: 10 l/h Abrasivo: 36 kg/h Descarte de resíduos de corte |
Precisão do processo
| Assunto | laser de CO2 | corte a 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 apresentará uma estrutura estriada. | Dependendo da velocidade de corte, a superfície cortada apresentará um aspecto semelhante ao de um jateamento de areia. |
| Grau de paralelismo das bordas de corte | Bom; ocasionalmente apresentará bordas cônicas. | Ótimo; há um efeito de "cauda" nas curvas no caso de materiais mais espessos. |
| Tolerância de processamento | Aproximadamente 0,002″ | Aproximadamente 0,008″ |
| Grau de rebarba no corte | Ocorre apenas rebarbação parcial. | Não ocorre nenhum rebarbamento. |
| Tensão térmica do material | Deformações, têmperas e alterações estruturais podem ocorrer no material. | Não ocorre estresse térmico |
| Forças que atuam sobre o material na direção do jato de gás ou água durante o processamento. | A pressão do gás representa problemas com fino peças de trabalho, distância não pode ser mantido | Alta: peças finas e pequenas só podem, portanto, ser processadas em grau limitado. |
Considerações de segurança e ambiente operacional
| Assunto | laser de CO2 | corte a jato de água |
| Segurança pessoalrequisitos de equipamento | Óculos de segurança com proteção a laser não são absolutamente necessários. | É necessário o uso de óculos de proteção, protetores auriculares e proteção contra contato com jatos de água de alta pressão. |
| Produção de fumaça e poeira durante o processamento. | Sim, ocorre; plásticos e algumas ligas metálicas podem produzir gases tóxicos. | Não aplicável para corte a jato de água. |
| Poluição sonora e perigo | Muito baixo | Excepcionalmente alto |
| Requisitos de limpeza da máquina devido à sujeira do processo | Limpeza simples | Limpeza de alto nível |
| Reduzir os resíduos produzidos pelo processo | Os resíduos do corte consistem principalmente em pó, que requer aspiração e filtragem. | Grandes quantidades de resíduos de corte são geradas devido à mistura de água com abrasivos. |