A evolução do processamento a laser 3D

Quando se trata de processamento a laser 3D, a indústria aeroespacial se destaca como grande usuária da tecnologia. Nesta aplicação, um laser faz furos de resfriamento na lâmina de um motor de turbina. imagens: Prima Power Laserdyne

Qual é o primeiro pensamento que vem à mente de um fabricante de metal quando a frase “máquina de processamento a laser multiprocesso” é pronunciada em uma conversa? Muito provavelmente, será uma máquina combinada de corte e puncionamento a laser.

Alguns veteranos da indústria podem até se lembrar da primeira máquina “combinada” que fez sua estreia na Feira Internacional de Tecnologia de Manufatura, então conhecida como Feira Internacional de Máquinas-Ferramenta, há mais de 40 anos. Strippit colocou um laser de CO2 em uma puncionadeira de torre e provou ser um sucesso – tanto que a tecnologia de corte a laser é a forma dominante de produzir peças brutas na maioria das lojas.

Para alguns fabricantes de metal de alta precisão, entretanto, um laser multiprocesso assume outro significado. Para eles, as origens deste tipo de máquina-ferramenta de processo a laser remontam a alguns anos após a estreia da primeira máquina combinada de puncionamento a laser/torre de CO2. Alguns engenheiros em Minnesota desenvolveram uma máquina onde um feixe de laser de CO2 focado que poderia se mover em três eixos poderia ser usado para corte e soldagem. Este não era um caso em que o laser estava parado e a mesa, com a folha de metal fixada a ela, movia-se por baixo do laser. Neste caso, a peça estava estacionária e a viga foi entregue a ela.

Essas máquinas a laser 3D encontraram os primeiros fãs. A Harley-Davidson os usou para aparar peças estampadas. Em seguida, uma máquina de processamento a laser com capacidade de se mover ao longo dos eixos C e D foi desenvolvida para a Xerox, que buscava um dispositivo para perfurar e cortar estruturas soldadas de computador.

“Naquela época, era considerada usinagem não convencional”, disse Mark Barry, funcionário veterano da Prima Power Laserdyne, fabricante de máquinas de processamento a laser 3D. “As pessoas não sabiam muito sobre lasers. Havia muito ceticismo.”

Esse ceticismo em relação aos lasers certamente não existe agora. Muito disso foi possível graças à tecnologia laser CO2, que foi o carro-chefe de muitas empresas de fabricação de metal ao longo dos anos.

Isso começou a mudar, entretanto, com o desenvolvimento da tecnologia de laser de fibra. Em vez de precisar de um grande ressonador com espelhos e gases para criar o laser, como é o caso da tecnologia CO2, um laser de fibra é criado e fornecido por cabos de fibra óptica.

A tecnologia do laser de fibra tem muitas vantagens quando comparada ao laser de CO2. O laser de fibra tem comprimento de onda mais curto (1,06 mícrons) do que o laser de CO2 (10,6 mícrons), o que significa que o laser de fibra demonstrou maiores características de absorção; isso se traduz em velocidades de corte mais altas e na capacidade de cortar materiais refletivos como cobre, latão e alumínio de maneira muito melhor e segura. O feixe focalizado de um laser de fibra também demonstra maior densidade de potência do que um laser de CO2 de potência semelhante; maior densidade de potência do feixe de laser significa que o metal pode ser levado ao estado fundido mais rapidamente, proporcionando um corte mais rápido. Um laser de fibra também é muito mais eficiente em termos energéticos e requer menos manutenção do que um laser de CO2.

Esse é o resumo, e não é de admirar que o laser de fibra seja hoje a tecnologia predominante quando se trata de corte, tanto no mundo 2D quanto no 3D.

“Antigamente, você ligava uma máquina de corte a laser e esperava cerca de 15 minutos até que ela esquentasse”, disse Barry. “Então você poderia começar a processar.

Com um alimentador de arame e dispersão ideal de um gás de proteção, um laser pode ser usado para soldar vários materiais reativos, como este componente aeroespacial de titânio em cúpula.

“Aproxime-se de um laser de fibra hoje e você poderá ligá-lo e iniciar o processamento imediatamente. Você terá as mesmas características e qualidade do feixe que tinha quando desligou a máquina no dia anterior.”

O problema da tecnologia do laser de fibra em meados da década de 1990 era que se tratava de uma tecnologia de onda contínua. Na época, não era adequado para o que estava surgindo como uma das principais aplicações do processamento a laser 3D: a perfuração.