Corte a laser vs corte a plasma: um guia detalhado

Embora tanto o plasma quanto o laser envolvam calor para cortar (ou moldar) o metal, decidir sobre corte a laser vs corte a plasma em projetos de fabricação é uma tarefa analítica. Esses métodos de corte térmico têm capacidades e preferências de usinagem distintas. A escolha certa depende de qual método pode atender aos seus requisitos de corte, incluindo compatibilidade de material, precisão desejada, velocidade e restrição orçamentária.

Este artigo apresentará uma visão geral comparativa dos métodos de corte a plasma e a laser, incluindo suas vantagens, desvantagens e uma comparação direta para facilitar sua tomada de decisão.

O que é corte a laser?

O corte a laser é um processo de corte sem contato que corta várias folhas de material. Um feixe de laser concentrado derrete e vaporiza precisamente o material para fazer cortes de contorno complexos. A história das máquinas de corte a laser pode ser rastreada até 1964 quando uma empresa industrial o utilizou para perfurar ferramentas de matriz pela primeira vez. 

Com o tempo, as máquinas de corte a laser evoluíram continuamente, e cortadores a laser CNC avançados são o que temos hoje. A integração CNC permite o movimento da cabeça do laser com precisão por meio dos códigos G e M, com tolerâncias tão baixas quanto ±0.003 mm.

Como funciona o corte a laser? 

Um sistema de laser complexo com vários componentes executa o processo de corte a laser, que envolve tudo, desde a criação do laser até o controle do feixe em um caminho de corte predefinido. 

O processo começa com a geração do laser, onde um suprimento elétrico (faísca) acelera os átomos em um meio de laser, como CO₂ e fibra óptica. Esse fenômeno gera um feixe altamente concentrado que é amplificado e direcionado para a área de corte usando espelhos. Então, a série de lentes de foco converge a luz para um ponto intenso, aumentando a densidade de energia conforme ela passa pelo bico.  

Além disso, uma tocha de corte a laser ou cabeça de foco permite o movimento da cabeça do bico, controlado por programas CNC em um caminho predeterminado. O laser focado causa o aquecimento localizado e derrete o material, enquanto um fluxo de gás sopra o material erodido para longe.

Tipos de cortadores a laser 

Na fabricação, principalmente três tipos de cortadores baseados em laser estão em prática, cada um definido pelo meio usado para produzir o feixe de laser; CO₂, fibra óptica e cristal Nd: YAG. Esses meios de laser têm comprimentos de onda distintos de 10.6 µm, 1.06 µm e 1.06 µm, respectivamente. A variação do comprimento de onda influencia o quão bem o laser interage com vários materiais. Por exemplo, alguns materiais absorvem certos comprimentos de onda melhor do que outros.

• Cortador a laser de CO₂:Ele usa uma mistura de gás CO₂ para produzir o feixe concentrado de laser, particularmente usado para chapas não metálicas, como termoplástico e madeira. 
• Cortador a laser de fibra: Um cabo de fibra óptica amplifica a luz e produz o laser. Ele corta melhor com folhas de trabalho metálicas. 
• E: YAG: Cristais de granada de ítrio e alumínio dopada com neodímio são usados ​​como meio de emissão de laser para esses tipos de laser.

O que é corte a plasma?

Corte de plasma é o processo de divisão de folhas metálicas com um fluxo quente de gases ionizados. Uma faísca elétrica fornece calor intenso aos gases comprimidos (ar, hidrogênio ou argônio) que excitam os átomos para o movimento. Então, a colisão contínua de moléculas causa sua separação dos gases, chamada plasma, que é mais de 20000 °C.

Na configuração industrial, uma máquina de corte a plasma CNC guia o fluxo de plasma para fazer cortes intrincados, que aquecem, derretem e erodem o material precisamente. Você pode cortar metais com espessura de até 1.5 polegadas, mais alto no contexto de plasma vs cortador a laser.

Como funciona o corte a plasma?

Tochas de plasma são o dispositivo-chave para esse processo. Elas consistem em múltiplos componentes, incluindo um eletrodo, suprimento de gás, bico e gás de proteção. O eletrodo gera um arco elétrico em gás comprimido (ar ou gases inertes), então o bico direciona o jato de plasma formado em direção à peça de trabalho. 

Conforme o jato de plasma interage com a superfície de trabalho, ele causa aquecimento localizado e derrete o material. Enquanto isso, o jato de alta velocidade também varre o material fundido do corte. 

Tipos de cortadores de plasma

Os sistemas de corte a plasma podem ter diferentes tipos de cortadores para trabalhar na mesa. Cortadores a plasma a ar, oxigênio, HD e CNC são alguns exemplos comuns. 

• Cortador de plasma a ar: Envolve ar como meio de laser, melhor para peças de pequeno porte ou tiragens de baixo volume.
• Cortador de plasma de oxigênio: O plasma da ionização de moléculas de oxigênio proporciona muito mais precisão e capacidades de corte complexas do que o ar.
• Cortador de plasma CNC: O controle CNC do caminho de golpe permite cortes precisos e consistentes. A maioria das indústrias usa esse tipo de cortador de plasma automático para resultados de alta qualidade.

Principais diferenças entre corte a laser e corte a plasma

Os principais aspectos a serem discutidos sobre as diferenças entre corte a laser e corte a plasma são a fonte de energia, compatibilidade do material, velocidade, espessura e custos. 

Precisão e exatidão de corte 

A precisão é uma das principais diferenças entre o corte a laser e o corte a plasma. O laser é mais concentrado do que o fluxo de plasma, o que permite um posicionamento preciso em áreas estreitas. Ele pode cortar contornos consistentes com tolerâncias apertadas, bordas limpas sem rebarbas. Por outro lado, o plasma é menos preciso e também produz mais corte. Você pode atingir tolerâncias de até ± 0.030 mm com o corte a laser, enquanto é de ± 0.1 mm para cortes a plasma. 

Velocidade e Eficiência

A comparação da velocidade de corte do cortador de plasma vs. laser depende da espessura. O laser é quase duas vezes mais rápido que o plasma para chapas mais finas (< 1.25 mm), enquanto o plasma se destaca no corte de chapas mais grossas. Posteriormente, a velocidade também varia dependendo da potência da fonte e do tipo de material que está sendo cortado. Por exemplo, um laser de 200 W pode cortar aço macio de 3 mm de espessura com até 10 m/min de velocidade.  

Além disso, as máquinas a laser são energeticamente eficientes e consomem menos energia do que a criação de plasma. 

Materiais

Os sistemas de corte a laser são compatíveis com diversos tipos de materiais, incluindo aço, alumínio, cobre, acrílico, termofixos, borrachas e madeira. Em contraste, o plasma funciona apenas com metais condutores. O arco de plasma precisa de um circuito para fluir, que é concluído quando o material condutor atua como o "aterramento" no circuito elétrico. 

Embora o laser tenha uma ampla opção de material, alguns possuem o risco de perigos operacionais e ambientais. Por exemplo, o PVC produz vapores tóxicos. Além disso, o tipo de laser que você está usando também afeta a compatibilidade do material.

Revestimento de superfície 

As superfícies de metal cortadas a laser são lisas e sem rebarbas, mesmo para cortes estreitos e designs intrincados. As bordas também são afiadas e limpas. Portanto, nenhum ou mínimos requisitos de pós-processamento para o corte. Por outro lado, o plasma deixa escória e bordas mais ásperas com rebarbas, o que exige retificação, jateamento de esferas e outras ações de pós-processamento.

Além disso, o tipo de material, espessura e tipo de laser influenciam o valor exato da rugosidade (Ra), tipicamente de 0.8 a 6 µm. O plasma pode produzir cortes com um melhor acabamento de superfície do que o laser de fibra em alguns casos. 

Custos e Despesas Operacionais

Os cortadores de plasma CNC são econômicos para instalação e custam de US$ 10,000 a US$ 100,000. Em contraste, a configuração complexa e o equipamento avançado para lasers os tornam caros, de US$ 50,000 a US$ 500,000. Consequentemente, os custos operacionais também são ligeiramente maiores para sistemas a laser do que para plasma. 

“O custo total do corte a laser ou plasma para seu projeto depende da complexidade do design, precisão desejada e competitividade de mercado. Na China, é de US$ 15 a US$ 20/hora, significativamente menor do que nos EUA e na Europa” 

Espessura de corte 

Se compararmos as capacidades de espessura do corte a laser com as do corte a plasma, o jato de plasma é altamente eficaz para materiais mais espessos, até 50 mm. Por outro lado, o laser é limitado a 25 mm. Além disso, a espessura também depende de qual material você está cortando.

Aplicações 

O corte a plasma é popular em indústrias pesadas como construção naval e construção por velocidade e espessura. Por exemplo, vigas estruturais, peças de barco, máquinas agrícolas, componentes de petróleo e gás, etc. 

 O corte a laser tem amplo uso em áreas que exigem precisão, como eletrônica, aeroespacial, automotiva e joalheria. Por exemplo, microcomponentes em chips, painéis de carroceria de automóveis, fuselagens de aeronaves, etc.

Prós e contras do corte a laser 

A seguir estão as principais vantagens e desvantagens do corte a laser; 

Vantagens do Corte a Laser 

• Automação e precisão: O CNC Laser cria designs intrincados com pequenos detalhes, mantendo tolerâncias apertadas. Isso é possível devido ao controle digital da batida com códigos G & M no caminho correto. 
• Cortes limpos e sem rebarbas: Os cantos e bordas cortados a laser são limpos e nítidos. 
• Versatilidade de materiais: Ele pode cortar metal, plástico, tecidos, compósitos e muitos outros materiais.
• Velocidade e eficiência: Não há necessidade de re-ferramentas ou ajustes para mudanças de design. Além disso, os lasers produzem menos desperdício de material, consomem menos eletricidade e oferecem boa velocidade.
• Sem endurecimento por trabalho: O corte sem cisalhamento elimina o risco de endurecimento por trabalho próximo à área de corte. 

Desvantagens do corte a laser 

• Limitação de espessura: Os processos de corte a laser não conseguem cortar chapas com mais de 25 ou 30 mm de espessura, mesmo nas máquinas de alta potência.
• Desafiador para metais refletivos: Materiais com superfícies reflexivas, como cobre, latão e prata, são difíceis de cortar, pois sua superfície reflete parcialmente o feixe.
• Alto custo: Os custos de instalação e operação são mais altos do que outros métodos de corte, o que pode ser inviável para projetos em que alta precisão e superfície lisa não são necessárias para o desempenho.

Prós e contras do corte de plasma

A seguir estão as principais vantagens e desvantagens do corte a plasma; 

Vantagens do Corte a Plasma 

• Corte de materiais mais espessos: A tocha de plasma guiada pelo sistema CNC proporciona cortes mais rápidos e eficientes em materiais espessos, de até 150 mm para alguns materiais. 
• Custo benefício:  O corte a plasma é econômico para trabalhos simples e pesados. 
• Segurança Operacional: Não é um mecanismo de corte à base de oxigênio, ele usa gás inerte para obter um jato de plasma dentro do maçarico, proporcionando máxima segurança. 
• Corte de metais refletivos: Ao contrário do laser, ele funciona muito bem com metais com superfícies reflexivas, como prata. 

Desvantagens do Corte a Plasma 

• Somente metais condutores: É compatível apenas com materiais eletricamente condutores, metais e ligas.  
• Risco de danos térmicos: Em uma comparação entre corte a laser e corte a plasma, o plasma produz uma grande zona afetada pelo calor, o que pode danificar as propriedades térmicas originais do material de trabalho. 
• Acabamento superficial ruim: O fluxo de plasma deixa rebarbas e ranhuras, causando cortes mais ásperos no metal. 

Escolhendo o método de corte certo para seu projeto

Decidir entre Plasma e cortador a laser para seu projeto requer a consideração de diferentes fatores, desde a complexidade do design até a restrição orçamentária. Além disso, seu material de trabalho e requisitos finais orientam a seleção.

A seguir estão quatro considerações principais para escolher o método certo entre eles;

Material de Trabalho

Que tipo de chapa ou peça de trabalho você vai cortar? É condutivo ou não condutivo? Se não condutivo, o plasma é incompatível, escolha o laser diretamente. Mesmo se você tiver certeza sobre o laser, verifique a compatibilidade do seu material com o tipo de laser disponível (CO2, fibra e cristal).

Espessura e tamanho

Se o seu design tiver seções mais grossas de mais de 30 mm, escolha o corte a plasma. Caso contrário, verifique a velocidade de ambas as técnicas para a espessura especificada. Peças de tamanho pequeno são adequadas para corte a laser que formam pequenas áreas afetadas pelo calor.

Precisão e orçamento desejados

Frequentemente, os custos aumentam significativamente para tolerâncias mais rígidas, então otimize-os para custo. Então, verifique qual é mais provável que se encaixe no seu orçamento sem sacrificar a precisão e exatidão desejadas. 

Complexidade de design 

Os cortes complexos e precisos só são possíveis com as máquinas de corte a laser CNC. Elas são as escolhas certas para designs que contêm microperfis, cantos afiados, raios pequenos (<1 mm), gravuras, etc. 

Quando usar corte a laser ou corte a plasma?

A tabela abaixo descreve os cenários em que o corte a laser e o plasma são as melhores escolhas para seu projeto. 

Conclusão 

Além da diferença entre corte a laser e corte a plasma em muitos aspectos, ambos são valiosos em projetos de fabricação de metal. Além disso, a escolha depende dos requisitos específicos do seu projeto, incluindo tipo de material, precisão desejada e orçamento. Você pode analisar os resultados esperados de cada método e o custo correspondente. 

Se você ainda não tem certeza de qual escolher, consulte especialistas do setor. Em Direção rápidat, não fornecemos apenas serviços profissionais Laser CNC e Serviços de corte de plasma, mas nossos engenheiros também consultam sobre otimização de design, análise de custos e benefícios comparativos de cada método antes de passar para a fase de produção.

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