No mundo do corte a laser de fibra, o tamanho do ponto desempenha um papel fundamental na obtenção de resultados ideais: da precisão à eficiência, ele afeta significativamente vários aspectos do processo de corte a laser.
O que é o tamanho do ponto?
Antes de nos aprofundarmos nos motivos pelos quais o tamanho do ponto é tão importante, vamos definir o que é o tamanho do ponto. O tamanho do ponto refere-se ao diâmetro do feixe de laser em seu ponto de foco. Em outras palavras, é a área em que a energia do laser é concentrada na superfície do material. Uma parte dessa energia é absorvida pelo material, levando à fusão localizada. No corte de metais com laser de fibra, o gás de assistência de alta pressão fornecido por um cabeçote de corte é usado para expulsar o metal líquido, criando um corte à medida que o feixe se move pela peça, sendo a "largura de corte" uma função do tamanho do ponto.
O que afeta o tamanho do ponto?
O tamanho do ponto é influenciado por vários parâmetros, incluindo o comprimento de onda do laser, o tamanho do feixe na lente e a distância focal da lente de focalização, que têm um efeito profundo no processo de corte. Comprimentos de onda mais longos levam a tamanhos de ponto maiores para configurações ópticas idênticas. Os lasers de fibra de itérbio com um comprimento de onda de 1.070 nm têm tamanhos de ponto menores do que os lasersde CO2, que operam em comprimentos de onda mais longos, em torno de 10.600 nm, e levam a tamanhos de ponto correspondentemente maiores.
Ao usar o fornecimento de feixe baseado em fibra, o tamanho do ponto pode ser calculado com base no diâmetro da fibra e na distância focal do colimador (ambos definem o tamanho do feixe na óptica de focalização) e na distância focal da óptica de focalização (consulte a Figura 1). O aumento da distância focal da objetiva de focalização leva a tamanhos de ponto maiores, enquanto o aumento do tamanho do feixe na lente resulta em tamanhos de ponto menores (desde que o feixe seja mantido dentro de um tamanho na lente que permita um desempenho limitado por difração).
Figura 1: Cálculo do tamanho do ponto para aplicação de feixe de fibra
Precisão de corte: menor é melhor
Tamanhos menores de pontos em operações de corte a laser oferecem maior precisão e resolução devido ao fato de a energia do laser ser concentrada em uma região menor, facilitando a remoção precisa do material. Isso permite a realização de projetos complexos, detalhes mais finos e tolerâncias mais rígidas. Além disso, os kerfs menores resultantes dos tamanhos de ponto mais estreitos permitem o agrupamento mais próximo das peças, otimizando a utilização do material e minimizando o desperdício no processo de fabricação.
Velocidade e qualidade de corte: Encontrando o equilíbrio
Na busca do equilíbrio perfeito entre velocidade e qualidade de corte, a interação entre os parâmetros do laser torna-se crucial. A densidade de energia desempenha um papel fundamental, com pontos de tamanho menor que permitem a consolidação da energia do laser em uma área menor. Isso permite alcançar a mesma densidade de energia com lasers de menor potência.
No entanto, a relação entre o tamanho do ponto e a espessura do material é complexa. Embora seja necessária uma densidade mínima de energia para obter a fusão em toda a espessura do material, o tamanho do ponto precisa ser grande o suficiente para permitir que o material fundido seja expelido com eficiência. À medida que a espessura do material aumenta, são necessários pontos maiores para manter a qualidade e a velocidade do corte. Além disso, o tamanho ideal do ponto também depende das propriedades do material, como a condutividade térmica e a viscosidade.
A profundidade do foco, correlacionada com o tamanho do ponto, também exige atenção. Tamanhos menores de ponto estão correlacionados com uma profundidade de foco menor, que normalmente é definida como a distância da cintura do feixe na qual a área do feixe dobra. Em distâncias maiores que a profundidade do foco, a qualidade do corte começará a ser afetada. Portanto, é fundamental encontrar o delicado equilíbrio entre o tamanho do ponto, a densidade de energia e a profundidade do foco para obter os resultados de corte desejados sem comprometer a velocidade ou a qualidade.
Alcançando um equilíbrio para um corte a laser ideal
Considerando todos os aspectos, os fabricantes precisam encontrar um equilíbrio. Para materiais mais espessos, pode ser preferível um tamanho de ponto maior para manter a qualidade e a velocidade de corte. No entanto, para trabalhos complexos ou materiais finos, é preferível usar tamanhos de ponto menores. Em geral, os fabricantes escolhem uma configuração ideal de fornecimento de feixe que resulta em um tamanho de ponto mais adequado para a potência do laser disponível e para os materiais e espessuras a serem cortados, com o objetivo de obter o equilíbrio perfeito entre precisão, qualidade de corte e rendimento.
