I. Introdução
O cabeça de corte a laser é um componente essencial de uma máquina de corte a laser, impactando diretamente a precisão, a velocidade e a qualidade do corte. Ele foca o feixe de laser em um ponto de alta energia, que então corta a superfície do material. Seu desempenho impacta diretamente a precisão, a velocidade e a qualidade do corte. A seguir, detalhamos seu princípio de funcionamento, estrutura, parâmetros essenciais, classificação e principais considerações de compra.
O cabeçote de corte a laser opera focalizando um laser de alta energia na superfície do material por meio de um sistema de foco. Após a absorção da energia do laser, a temperatura local do material sobe rapidamente acima do seu ponto de fusão. Simultaneamente, um bico coaxial com o feixe ejeta gás de alta pressão, deslocando o metal fundido e criando uma cavidade na superfície do material. À medida que o cabeçote de corte a laser se move de acordo com um processo programado, ele finalmente corta o material no formato desejado. Com base no princípio de corte, ele pode ser categorizado em quatro tipos: corte por vaporização a laser, corte por fusão a laser, corte por oxigênio a laser e gravação a laser e fratura controlada.
II.A estrutura básica da cabeça de corte a laser
Colimador: Converte o feixe de laser divergente emitido pelo laser em luz paralela, garantindo uma distribuição uniforme de energia durante a transmissão e fornecendo uma fonte de luz estável para o foco subsequente. Os materiais comumente utilizados são quartzo ou seleneto de zinco (adaptado ao comprimento de onda do laser; por exemplo, o seleneto de zinco é comumente usado para lasers de CO₂).
Lente de focagem: Focaliza a luz paralela em um ponto extremamente pequeno (até micrômetros de diâmetro), concentrando altamente a energia e alcançando a fusão ou vaporização instantânea do material. A distância focal determina o tamanho do ponto e a distância de trabalho (quanto menor a distância focal, menor o ponto e mais próxima a distância de trabalho). A seleção deve ser baseada na espessura do material de corte e na precisão necessária.
Bico: Injeta gás auxiliar (como oxigênio, nitrogênio ou ar comprimido) para remover a escória gerada durante o corte, evitando que ela adira à superfície do material ou danifique a lente de foco. Também auxilia na combustão (por exemplo, o oxigênio é usado no corte de aço carbono) ou inibe a oxidação (por exemplo, o nitrogênio é usado no corte de aço inoxidável). Os bicos são categorizados por formato em redondos e quadrados; e por abertura em tamanhos de 0.8 mm, 1.0 mm e 1.5 mm, dependendo do tipo e espessura do material (por exemplo, bicos de grande abertura são usados para corte de chapas grossas).
Sensores de rastreamento: O sistema de detecção e feedback é crucial para alcançar um corte a laser automatizado e inteligente. Este sistema inclui principalmente vários sensores, como sensores de altura, sensores de temperatura e sensores de potência do laser. O sensor de altura monitora a distância entre a cabeça de corte e a superfície da chapa em tempo real e envia esses dados de volta ao sistema de controle, garantindo que a cabeça de corte mantenha a altura de corte ideal e evitando a degradação da qualidade do corte devido a superfícies irregulares da chapa ou deformação da chapa durante o corte.
O sensor de temperatura monitora as mudanças de temperatura durante o processo de corte, fornecendo uma base para ajustar a potência do laser e a velocidade de corte para evitar que temperaturas excessivamente altas ou baixas afetem os resultados do corte. O sensor de potência do laser monitora a potência de saída do laser em tempo real, garantindo a estabilidade da potência do laser e um corte consistente e confiável. O sistema de detecção e feedback funciona em conjunto com o sistema de controle para permitir o monitoramento em tempo real e ajustes automáticos do processo de corte, melhorando a qualidade do corte e a eficiência da produção. Lente de proteção: Localizada na frente da lente de foco, ela bloqueia a escória e a poeira voando durante o processo de corte, protegendo a cara lente de foco contra contaminação ou danos. Esta é uma peça consumível e requer substituição regular.
Sistema de refrigeração: Disponível em dois tipos: refrigeração a água e refrigeração a ar. Os sistemas de refrigeração a água removem o calor através da circulação do líquido de refrigeração e são adequados para operações de corte de alta potência. Os sistemas de refrigeração a ar utilizam o fluxo de ar para reduzir as temperaturas e são adequados para tarefas de corte de média e baixa potência. Isso evita o superaquecimento da cabeça de corte, prolonga sua vida útil e garante um processo de corte estável.
Módulo de controle: Responsável por gerenciar a emissão do feixe de laser, ajuste da distância focal, controle do fluxo de gás auxiliar e outros ajustes de parâmetros. Ao interoperar com um CNC ou sistema de automação, permite operações de corte precisas e produção automatizada.
Sistema de transmissão de fibra óptica: Usado principalmente em cabeças de corte a laser de fibra, ele transmite o feixe de laser gerado pelo laser para a cabeça de corte. Apresenta alta eficiência e estabilidade, garantindo que o feixe de laser mantenha a energia durante a transmissão em longas distâncias.
Sistema de controle de gás: O sistema de controle de gás desempenha um papel crucial no processo de corte a laser. Durante o processo de corte, gás de alta pressão é injetado na área de corte. Suas funções principais incluem soprar a escória gerada pelo corte para garantir uma costura de corte limpa; proteger a lente de foco contra respingos de escória e danos a ela; e auxiliar o laser no corte da chapa metálica, melhorando a velocidade e a qualidade do corte. O sistema de controle de gás consiste principalmente em um bico de gás, tubulação de gás, uma válvula de controle de fluxo de gás e um regulador de pressão de gás. O design e a posição do bico de gás influenciam significativamente o efeito da injeção de gás. Diferentes processos de corte e materiais de chapa metálica exigem diferentes tipos e estruturas de bicos de gás. A válvula de controle de fluxo de gás e o regulador de pressão são usados para controlar com precisão o fluxo e a pressão do gás para atender a diferentes requisitos de corte.
III. Parâmetros principais do cabeçote de corte a laser (fatores-chave que afetam o desempenho do corte)
O diâmetro do ponto focalizado determina diretamente a densidade de energia: Tamanhos de ponto menores (por exemplo, 20-50 μm) resultam em maior densidade de energia, tornando-os adequados para cortes finos (por exemplo, chapas finas de metal e peças de precisão); tamanhos de ponto maiores são mais adequados para cortes de chapas grossas (que exigem maior potência).
Relacionado à distância focal e à qualidade do feixe: Uma lente de foco de curta distância focal (por exemplo, 50 mm) produz um tamanho de ponto menor, enquanto uma distância focal longa (por exemplo, 150 mm) é adequada para corte de chapas grossas ou corte de declives acentuados.
Distância de trabalho: Refere-se à distância da ponta do bico à superfície do material e deve corresponder à distância focal da lente de foco. Uma distância de trabalho muito próxima pode facilmente causar a colisão do bico com o material, enquanto uma distância muito distante reduz a densidade de energia, afetando a qualidade do corte.
Alcance do ajuste: Isso inclui a faixa de ajuste da distância focal (para acomodar diferentes espessuras de material) e a faixa de ajuste da altura de rastreamento (para acomodar ondulações da superfície). Quanto maior a faixa, mais versátil é o dispositivo. Tipo e potência de laser compatíveis: O laser deve corresponder ao comprimento de onda (por exemplo, laser de fibra de 1064 nm, laser de CO₂ de 10.6 μm) e à potência. Lasers de alta potência (por exemplo, 6000 W e superiores) exigem uma cabeça de corte com dissipação de calor aprimorada e resistência a danos (por exemplo, resfriamento a água e lentes de alto limiar).
Velocidade de resposta: A velocidade de resposta do dispositivo de detecção e ajuste do sensor afeta a estabilidade durante o corte em alta velocidade (por exemplo, ao cortar curvas ou cantos afiados, a altura de rastreamento deve ser ajustada rapidamente para evitar queima de borda ou quebra do fio).
IV.Classificação comum de cabeças de corte a laser (de acordo com o tipo de adaptador de laser)
Cabeça de corte a laser de fibra: Compatível com lasers de fibra de 1064 nm, amplamente utilizados para corte de materiais metálicos (aço carbono, aço inoxidável, liga de alumínio, etc.). Seus recursos incluem estrutura compacta, alta tolerância à potência e alta precisão de foco, tornando-os adequados para aplicações de corte de média a alta potência (1000 W a 30,000 W).
Cabeças de corte a laser de CO₂: Compatíveis com lasers de CO₂ de 10.6 μm, usados principalmente para cortar materiais não metálicos (madeira, acrílico, tecido, etc.) e alguns metais finos. Requerem lentes feitas de materiais que transmitem infravermelho (como seleneto de zinco), são mais sensíveis à poeira ambiente e exigem proteção reforçada.
Cabeça de corte a laser UV: Compatível com lasers UV (como 355 nm), usados para microcorte de alta precisão (por exemplo, PCBs, safira e materiais de filme fino). As características incluem um tamanho de ponto extremamente pequeno (até menos de 10 μm) e uma zona afetada pelo calor mínima, tornando-os adequados para a indústria de eletrônicos de precisão. Lasers de estado sólido (como Nd: YAG, comprimento de onda de 1064 nm; Nd: YVO₄, comprimento de onda de 1064 nm) têm designs ópticos semelhantes aos cabeçotes de corte de laser de fibra (mesmo comprimento de onda), mas requerem adaptação ao modo de pulso do laser de estado sólido. Muitos têm módulos de modulação de energia de pulso integrados, tornando-os adequados para corte pulsado (reduzindo a deformação térmica). Vantagens: Precisão de corte extremamente alta (nível μm) no modo pulsado. Desvantagens: Baixo limite de potência (principalmente < 500 W) e baixa eficiência, levando à sua substituição gradual por lasers de fibra de alta potência.
V. Pontos-chave para a seleção de cabeças de corte a laser
- Combine os parâmetros do laser: certifique-se de que a compatibilidade do comprimento de onda e a tolerância de potência do cabeçote de corte sejam consistentes com o laser (por exemplo, um laser de fibra de alta potência requer um cabeçote de corte de alta potência dedicado).
- Considere o material e a espessura a serem cortados: para materiais finos e cortes finos, escolha uma distância focal curta e um cabeçote de corte com tamanho de ponto pequeno; para materiais grossos, selecione uma distância focal longa e um bico de grande abertura e certifique-se de que a faixa de ajuste cubra a espessura do material.
- Preste atenção à estabilidade e durabilidade: priorize produtos com dissipação de calor eficiente (resfriamento a água), bicos de alta resistência ao desgaste e lentes de proteção fáceis de substituir para reduzir os custos de manutenção.
- Funções de automação: para produção em lote ou peças complexas, escolha cabeçotes de corte com foco automático e sistemas de rastreamento de velocidade de alta resposta para melhorar a eficiência e a consistência.
- Marca e serviço pós-venda: Cabeças de corte de marcas conhecidas (como Precitec, Raytools e Wanshunxing) têm desempenho mais estável e uma rede completa de serviço pós-venda, tornando-as adequadas para uso a longo prazo.
VI. Cenários de Aplicação
- Processamento de metais: Corte plano de chapas de aço inoxidável, chapas de ferro, ligas de alumínio, etc. (usando cabeçotes de corte a laser de fibra).
- Processamento de não metais: gravação e corte em acrílico, corte em tecido, escultura em madeira (usando cabeçotes de corte a laser de CO₂).
- Fabricação de precisão: Microcorte de telas de celulares, componentes eletrônicos, dispositivos médicos (usando cabeçotes de corte de fibra ultravioleta ou de alta precisão).
VII. Marcas de Cabeças de Corte a Laser
Marcas nacionais de cabeças de corte a laser priorizam a relação custo-benefício e os serviços locais, inovando e se destacando constantemente em tecnologia; enquanto marcas estrangeiras, com base em seu profundo conhecimento técnico e processos de fabricação avançados, conquistaram certas vantagens no mercado de ponta. Aqui estão algumas introduções comuns de marcas nacionais e estrangeiras:
Cabeça de corte a laser Precitec: Um dos líderes globais no segmento de cabeçotes de corte a laser, reconhecido por sua excelente função de foco automático e alta eficiência. Seu cabeçote de corte pode ajustar automaticamente a distância focal de acordo com a espessura e o tipo do material, é feito de materiais de alta qualidade, suporta potência de corte extremamente alta e é adequado para diversos tipos de equipamentos de corte a laser, como lasers de fibra e lasers de CO₂, amplamente utilizados no setor de corte de metais de alta precisão.
Cabeçote de corte a laser IPG Photonics: Fabricante mundialmente renomado de lasers de fibra, seu cabeçote de corte a laser é conhecido por sua transmissão eficiente do feixe e estabilidade. O cabeçote de corte da IPG funciona bem com lasers de fibra e suporta lasers de alta potência, adequados para o corte de metais de grande espessura. Possui excelente desempenho nas indústrias automotiva, aeroespacial e outras, e apresenta baixos custos de manutenção.
Trunfo Cabeça de corte a laser: Uma renomada empresa alemã na área de equipamentos de processamento a laser, seu cabeçote de corte a laser possui altíssima precisão, adequado para metais finos e formas complexas. Equipado com sensores inteligentes e um sistema de foco automático, ele pode ajustar automaticamente os parâmetros de corte. O design do produto prioriza a vida útil, possui boa resistência à corrosão e durabilidade, sendo adequado para produção em massa a longo prazo.
Cabeça de corte a laser BOCHI: O cabeçote de corte BOCHI é um produto da Shanghai Bochi Electronic Technology Co., Ltd., que possui grande reputação no campo de controle de corte a laser. Possui diversas séries de produtos para diferentes faixas de potência e cenários de aplicação. Por exemplo, o BLT310 é um cabeçote de corte inteligente altamente econômico desenvolvido para média e baixa potência; o BLT6 é um cabeçote de corte inteligente desenvolvido para equipamentos a laser de ultra-alta potência, com potência máxima de 40 kW; e também existem combinações de vários produtos, como as séries 3T, 4T e 5H, para aplicações de corte de tubos. Por exemplo, o BLT310 é pequeno em tamanho, leve e integra vários conjuntos de sensores inteligentes, que podem realizar monitoramento inteligente em circuito fechado em tempo real, diagnosticar e alertar rapidamente. É equipado com um sensor de pressão de ar padrão, possui controle de gás mais preciso, qualidade de superfície de corte mais estável e possui uma função de proteção de abertura para evitar explosão da lente. Além disso, sua velocidade de foco é mais rápida, o alcance de foco é mais amplo, a perfuração é mais eficiente e suporta mais processos de corte.
Cabeçote de corte a laser Raytools: Fabricante nacional de cabeçotes de corte a laser na China, conquistou um amplo mercado com alta relação custo-benefício e sólido suporte técnico. Seu cabeçote de corte é adequado para diversos sistemas de laser, como lasers de fibra e lasers de CO₂, e sua linha de produtos atende a requisitos de baixa a alta potência. O design simplifica o processo de operação e manutenção, reduzindo o tempo de inatividade.
Cabeça de corte a laser WSX: Com foco na pesquisa e desenvolvimento de cabeçotes de corte a laser eficientes e estáveis, apresenta excelente desempenho no processamento de metais de precisão e no corte de chapas finas. O produto possui foco automático e sensores inteligentes, que podem otimizar automaticamente os parâmetros de corte de acordo com as mudanças no material, além de oferecer suporte técnico abrangente e serviço pós-venda.
Han's Laser: Uma marca da Daqin Laser, seus produtos como o cabeçote de corte tridimensional de cinco eixos RC304 têm vantagens no corte tridimensional de superfícies irregulares, quebrando o controle de alguns gigantes da indústria no exterior, representando o mais alto nível técnico atual de máquinas-ferramentas CNC do mundo.
Resumo:
A seleção de cabeças de corte a laser deve seguir os princípios de "coordenação de parâmetros, adaptação ao desempenho e foco no cenário". Por meio de testes científicos e acúmulo de dados, um sistema de processo preciso pode ser estabelecido. Por exemplo, uma empresa de componentes automotivos melhorou a eficiência de corte do aço inoxidável em 35% e reduziu a taxa de defeitos de 5% para 1.2% com a introdução do banco de dados de cabeças de corte e processos "BL310" da BOCU, comprovando o valor da seleção sistemática. No futuro, com a profunda integração das tecnologias de IA e IoT, as cabeças de corte evoluirão para "autodetecção, autodecisão e autootimização", promovendo ainda mais a atualização inteligente do processamento a laser. Para mais informações sobre cabeças de corte a laser, entre em contato conosco. entre em contato conosco!
