TRABALHO DE MÉTODOS E PROCESSOS DE FABRICAÇÃO II Prof: William Sinka GRUPO: Silvio Claudinei Jerônimo Nicholas Everton

A USINAGEM A LASER TÓPICOS ABORDADOS

• Introdução • Aplicações • Vantagens • Materiais • Tipos de Usinagens:

• Corte e usinagem de precisão • Furos • Solda a Laser • Marcação a Laser • Gravação a Laser

• Comentários INTRODUÇÃO O que é o Laser:

• Os lasers encontram hoje campos de aplicação em diversos setores, como nas telecomunicações, nos consultórios médicos e de dentistas, nos computadores, nos aparelhos de som, nos leitores de códigos de barras nos supermercados e outros. No início, porém, não era assim. Quando foi descoberto – na década de 1960 – precisava de especialistas para operá-lo.

• O laser do inglês ”Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, é um feixe de

luz de alta potência e coerência transversal (qualidade espacial), focalizado e posicionado precisamente com velocidade de varredura controlada.

• Existem vários tipos diferentes de lasers usados atualmente e está surgindo novos o tempo

todo. Alguns dos mais populares são os de Argônio, Hélio-Cadmio, YAG/Nd, CO2 e os novos diodos laser de estado sólido. O mais comumente utilizado em usinagem é o de YAG/Nd.

Laser de YAG/Nd:

• Esses lasers utilizam um cristal sólido feito de Yttrium Aluminium Garnet (YAG) que contem uma pequena quantidade de Neodynium (Nd). Este cristal iônico dopado é bombardeado oticamente, através de uma ou mais lâmpadas tipo flash (de xenônio) ou com fontes contínuas de luz (lâmpadas de criptônio). Quando os fótons da lâmpada excitadora atingem o cristal dopado, transferem sua energia para o material e ocorre então a emissão de novos fótons.

• O laser de Nd/YAG é um laser de estado sólido ideal para o processamento de precisão de uma enorme gama de materiais. Além disso, devido à possibilidade de operação no regime de pulsos gigantes, com nano - segundos de duração, este laser também podem ser utilizados como ferramenta de excelência para o processamento de diversos outros materiais, incluindo plásticos e outros materiais orgânicos.

APLICAÇÕES

• Dentre as aplicações de maior demanda que exigem o emprego do laser de YAG/Nd estão: • Tratamento dentário: ele é usado em canetas especiais, os chamados "apontadores", na

remoção de cáries e preparo cavitário para obturações. O laser, nessa área, pode permitir um tratamento seletivo das cáries quase sem anestesia em cerca de 85 %, além dos benefícios para tratamento dentário indolor em crianças.

• Tratamento médico: em cirurgias e cauterizações está sendo bastante utilizado. • Instrumentação médica odontológica - corte de precisão; gravação superficial de logomarcas

para identificação em próteses e implantes; identificação de instrumentos; marcação de peças e partes esterilizáveis em substituição aos métodos tradicionais de silk-screen.

• Setor gráfico - furos micrométricos em partes e peças para impressoras jato de tinta que resultam numa melhor definição na impressão de painéis gigantes

• Setor automotivo - gravação superficial tipo “night and day design” em painéis plásticos e botões; identificação de chassis e carrocerias, etc.

• Micro eletrônica - solda de dispositivos eletrônicos sem transmissão de calor; corte e furação de partes e peças, identificação de dispositivos, código de barras, etc.

• Ferramentaria - gravação profunda para a obtenção de carimbos e clichês; gravação de moldes de injeção de plásticos, etc.

• Brindes - gravação superficial de logomarcas em brindes, produção de placas comemorativas e similares por corte ou gravação.

VANTAGENS

• A utilização integrada de sistemas CAD/CAM com os sistemas laser permite que peças de desenhos complexos sejam usinadas com grandes vantagens sobre processos tradicionais.

• Da mesma forma que na usinagem, textos ou desenhos podem ser eficientemente gravados ou marcados a laser nos mais diversos produtos, tornando-os mais atraentes, com maior qualidade e menor custo, conseqüentemente mais competitivos no mercado Flexibilidade: corte, furação, marcação, gravação, soldagem, tratamento de superfícies.

• Bastante Versatilidade: metais e ligas, cerâmicas, silício, plásticos, madeira, etc. • Grande precisão: rugosidade de 2 a 30 microns em aço. • Não há contato físico: o fato do laser não ter força de ferramenta, isto é, pode evitar danos

em um determinado tipo de peça que, do contrário, poderia quebrar se fosse usado outro recurso.

• Há uma pequena zona afetada pelo calor. • Ganhos de produtividade e aumento de lucratividade: pode executar tarefas inconcebíveis

por métodos tradicionais. Além disso, executa com mais precisão, qualidade e economia quase tudo que ferramentas convencionais executavam.

MATERIAIS

• O laser permite o processamento de precisão de uma grande variedade de materiais resultando numa razão custo benefício muito favorável, tais como os descritos abaixo:

• Metais como aços da série 300 e 400, aços inoxidáveis, aços ferramenta e aços mola, alumínio e suas ligas, titânio, irídio, monel, níquel, cobre e suas ligas, latão, bronze, ouro, prata, corte polarizado de laminados, etc.

• Cerâmicas como alumina, titanato de bário, carbetos, etc. • Compósitos como laminados híbridos, fibras de carbono, fibra de vidro, kevlar, etc. • Além disso, devido à possibilidade de operação no regime de pulsos gigantes, com nano -

segundos de duração, nossos lasers também podem ser utilizados como ferramenta de excelência para o processamento de diversos outros materiais, incluindo plásticos e outros materiais orgânicos.

TIPOS DE USINAGENS: CORTE E USINAGEM DE PRECISÃO

• Por não causar contato mecânico da ferramenta com o material, a zona afetada pelo calor é mínima bem como o kerf (largura do corte) ocorre muito pouca distorção no material em peças de desenho complexo.

• Por operar no modo pulsado, e por apresentar comprimento de onda dez vezes menor, o laser de YAG/Nd é mais versátil e apresenta maior precisão no corte do que o do laser de CO2.

Vantagens:

• Minimiza a largura de corte (típica de 0.12 mm) • Minimiza a zona afetada pelo calor • Minimiza o tempo de posicionamento da peça • Reduz ou elimina perdas • Contornos lisos em velocidades altas • Corte com lados paralelos • Ausência de distorção por contato • Pode ser utilizado em cortes de perfis de contornos complexos. • Tem-se a versatilidade de poder iniciar o corte em qualquer posição • Altas velocidades de cortes agilizam as operações.

FUROS

• Furos de vários diâmetros feitos com lasers podem ser obtidos em diversos materiais de diferentes espessuras.

• Furos maiores do que 0,18 mm são comumente feitos por trepanação, onde é caracterizada por um “piercing” (perfuração inicial).

• Furos menores são obtidos por percussão, caracterizada pela repetição dos pulsos estando a peça parada.

• Com a eliminação do contato de uma broca, a zona afetada pelo calor é mínima o que permite que materiais sejam furados sem distorção.

• Furos de 100 micrômetros de diâmetro em aço inox. • Processamento laser pode fazer furos de precisão e sem rebarbas até 0,02 mm de diâmetro

com tolerâncias de +/- 0,01 mm. • Furos de até 3 mm de profundidade podem ser realizados em metais ferrosos, aços

inoxidáveis, monel, inconel.

SOLDA A LASER

• Juntas mecânicas precisas eliminam a necessidade de material de preenchimento e fazem com que a qualidade da solda a laser no que diz respeito a sua resistência e aparência estética seja superior a solda convencional.

• Adicionalmente, tendo-se uma zona afetada pelo calor reduzida, a solda a laser esfria mais rápido e provoca menos distorção da peça.

Características:

• Reprodutibilidade excelente • Pequena distorção térmica do metal • Ideal para automação • Solda regiões de difícil acesso • Processo sem contato físico • Opera no ar • Reduz o pré e pós-processo de partes

MARCAÇÃO A LASER

• A Marcação a laser caracteriza-se por um feixe luminoso de alta potência (intensidade), capaz de criar uma imagem com (ou sem) contraste sobre a superfície que se deseja marcar. O feixe luminoso é colimado através de lentes, refletido e guiado para um dispositivo que o faz mover-se, e concentrado através de uma lente final.

• Dentre as principais características da marcação a laser é fundamental ressaltar a qualidade e velocidade da marcação. Com este processo podem-se marcar logotipos, textos, desenhos, códigos de barra e 2D (DATAMATRIX) sendo possível gravar ou cortar* os mais diversos materiais como: Aço, alumínio, latão, plásticos, madeira, couro, cerâmica, etc.

• Os movimentos do feixe laser em X e Y, combinados com movimentos rotacionais de peças, possibilitam uma imensa gama de geometrias e de possibilidades de marcação, gravação e inscrição em materiais com lasers.

• Os resultados são melhores e com menor custo do que com métodos tradicionais como xerografia, silk screen, pantografia, eletroerosão e outros. Marcas podem ser feitas com alguns microns de profundidade pela simples evaporação controlada do material superficial (tintas, revestimentos e "night and day design").

Vantagens:

• Marcação permanente sem stress no material (sem contato). • Processo automático. • Alta velocidade de operação. • Custo zero de estamparia. • Processo programado facilmente. • Marca superfícies irregulares. • Marcas legíveis sem materiais consumíveis. • Custos operacionais baixos. • Dentre os tipos de marcação estão as alfanuméricas, serialização, logomarcas, gráficos

customizados, código de barras e fontes especiais.

GRAVAÇÃO A LASER

• A gravação profunda em 3D também é feita com o laser de YAG/Nd. Através de um software dedicado e dispositivos goniométricos que proporcionam movimentos angulares, montados numa mesa em X e Y, combinados com os movimentos do feixe laser em X, Y e Z, possibilitam uma imensa gama de geometrias e possibilidades de gravação e inscrição em materiais.

• Moldes para injeção de plásticos ou carimbos e clichês podem ser gravados com o laser, resultando em produtos com melhor definição, prontos para serem utilizados pela indústria em substituição a métodos tradicionais como eletroerosão.

• Gravações profundas podem ser feitas com milímetros de profundidade. COMENTÁRIOS

Inúmeras pesquisas sobre a utilização do laser vêm sendo feitas. Desenvolver novos lasers dentro de uma tecnologia que os façam mais confiáveis, baratos e duradouros é um desafio internacional.

• O laser já não é nenhum bicho-de-sete-cabeças. Nem se percebe o laser em nossa vida, mas

ele está lá no CD player e nas telecomunicações (fibras ópticas). Ë Cada vez mais comum no tratamento médico e dentário, e está também se tornando bastante utilizados na indústria em geral. Com os grandes avanços na área do laser, podemos entender que esta tecnologia acabe não muito longe, substituindo com bastante vantagem alguns tipos de usinagens. Os processo ainda são bastante caros mas logo acabarão se tornando baratos desenvolvimento tecnológico.