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Introdução ao Processamento a Laser na Fabricação
A tecnologia de processamento a laser tem se desenvolvido rapidamente e é amplamente utilizada em diversos setores, como aeroespacial, automotivo, eletrônico e outros. Ela desempenha um papel significativo na melhoria da qualidade dos produtos, na produtividade da mão de obra e na automação, além de reduzir a poluição e o consumo de materiais (Gong, 2012).
Processamento a laser em materiais metálicos e não metálicos
A principal aplicação do processamento a laser na última década tem sido em materiais metálicos, incluindo corte, soldagem e revestimento. No entanto, o campo está se expandindo para materiais não metálicos, como têxteis, vidro, plásticos, polímeros e cerâmicas. Cada um desses materiais abre oportunidades em diversos setores, embora já possuam técnicas de processamento consolidadas (Yumoto et al., 2017).
Desafios e inovações no processamento de vidro a laser
O vidro, com suas amplas aplicações em setores como automotivo, construção civil e eletrônico, representa uma área significativa para o processamento a laser. Os métodos tradicionais de corte de vidro, que envolvem ferramentas de liga dura ou diamantadas, são limitados pela baixa eficiência e bordas ásperas. Em contraste, o corte a laser oferece uma alternativa mais eficiente e precisa. Isso é especialmente evidente em setores como a fabricação de smartphones, onde o corte a laser é usado para capas de lentes de câmeras e telas grandes (Ding et al., 2019).
Processamento a laser de tipos de vidro de alto valor
Diferentes tipos de vidro, como vidro óptico, vidro de quartzo e vidro de safira, apresentam desafios únicos devido à sua natureza frágil. No entanto, técnicas avançadas de laser, como a gravação a laser de femtossegundo, permitiram o processamento preciso desses materiais (Sun & Flores, 2010).
Influência do comprimento de onda em processos tecnológicos de laser
O comprimento de onda do laser influencia significativamente o processo, especialmente para materiais como aço estrutural. Lasers que emitem em regiões do ultravioleta, visível, infravermelho próximo e distante foram analisados quanto à sua densidade de potência crítica para fusão e evaporação (Lazov, Angelov e Teirumnieks, 2019).
Diversas aplicações baseadas em comprimentos de onda
A escolha do comprimento de onda do laser não é arbitrária, mas depende muito das propriedades do material e do resultado desejado. Por exemplo, os lasers UV (com comprimentos de onda mais curtos) são excelentes para gravação de precisão e microusinagem, pois podem produzir detalhes mais finos. Isso os torna ideais para as indústrias de semicondutores e microeletrônica. Em contraste, os lasers infravermelhos são mais eficientes para o processamento de materiais mais espessos devido à sua capacidade de penetração mais profunda, tornando-os adequados para aplicações industriais pesadas (Majumdar & Manna, 2013). Da mesma forma, os lasers verdes, normalmente operando no comprimento de onda de 532 nm, encontram seu nicho em aplicações que exigem alta precisão com impacto térmico mínimo. Eles são particularmente eficazes em microeletrônica para tarefas como padronização de circuitos, em aplicações médicas para procedimentos como fotocoagulação e no setor de energia renovável para fabricação de células solares. O comprimento de onda exclusivo dos lasers verdes também os torna adequados para marcação e gravação de diversos materiais, incluindo plásticos e metais, onde alto contraste e danos superficiais mínimos são desejados. Essa adaptabilidade dos lasers verdes ressalta a importância da seleção do comprimento de onda na tecnologia laser, garantindo resultados ideais para materiais e aplicações específicas.
OLaser verde de 525 nmÉ um tipo específico de tecnologia laser, caracterizado por sua distinta emissão de luz verde no comprimento de onda de 525 nanômetros. Lasers verdes nesse comprimento de onda encontram aplicações na fotocoagulação da retina, onde sua alta potência e precisão são benéficas. Eles também são potencialmente úteis no processamento de materiais, particularmente em áreas que exigem processamento preciso e com impacto térmico mínimo..O desenvolvimento de diodos laser verdes em substrato GaN de plano C para comprimentos de onda mais longos, de 524 a 532 nm, representa um avanço significativo na tecnologia laser. Este desenvolvimento é crucial para aplicações que exigem características específicas de comprimento de onda.
Fontes de laser de onda contínua e modelo bloqueado
Fontes de laser de onda contínua (CW) e quase-CW com bloqueio de modelo em vários comprimentos de onda, como infravermelho próximo (NIR) a 1064 nm, verde a 532 nm e ultravioleta (UV) a 355 nm, são consideradas para dopagem a laser de células solares emissoras seletivas. Diferentes comprimentos de onda têm implicações na adaptabilidade e eficiência da fabricação (Patel et al., 2011).
Lasers Excimer para materiais com banda larga
Os lasers excimer, operando em comprimento de onda UV, são adequados para processar materiais de banda larga, como vidro e polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP), oferecendo alta precisão e impacto térmico mínimo (Kobayashi et al., 2017).
Lasers Nd:YAG para aplicações industriais
Os lasers Nd:YAG, com sua adaptabilidade em termos de ajuste de comprimento de onda, são utilizados em uma ampla gama de aplicações. Sua capacidade de operar tanto em 1064 nm quanto em 532 nm permite flexibilidade no processamento de diferentes materiais. Por exemplo, o comprimento de onda de 1064 nm é ideal para gravação profunda em metais, enquanto o comprimento de onda de 532 nm proporciona gravação superficial de alta qualidade em plásticos e metais revestidos (Moon et al., 1999).
→Produtos relacionados:Laser de estado sólido bombeado por diodo CW com comprimento de onda de 1064 nm
Soldagem a laser de fibra de alta potência
Lasers com comprimentos de onda próximos a 1000 nm, com boa qualidade de feixe e alta potência, são utilizados na soldagem a laser keyhole para metais. Esses lasers vaporizam e fundem materiais com eficiência, produzindo soldas de alta qualidade (Salminen, Piili e Purtonen, 2010).
Integração do processamento a laser com outras tecnologias
A integração do processamento a laser com outras tecnologias de fabricação, como revestimento e fresamento, resultou em sistemas de produção mais eficientes e versáteis. Essa integração é particularmente benéfica em setores como fabricação de ferramentas e matrizes e reparo de motores (Nowotny et al., 2010).
Processamento a laser em campos emergentes
A aplicação da tecnologia laser se estende a campos emergentes como as indústrias de semicondutores, displays e filmes finos, oferecendo novos recursos e melhorando as propriedades dos materiais, a precisão do produto e o desempenho do dispositivo (Hwang et al., 2022).
Tendências futuras no processamento a laser
Os desenvolvimentos futuros na tecnologia de processamento a laser concentram-se em novas técnicas de fabricação, na melhoria da qualidade dos produtos, na engenharia de componentes multimateriais integrados e no aprimoramento dos benefícios econômicos e processuais. Isso inclui a fabricação rápida a laser de estruturas com porosidade controlada, soldagem híbrida e corte a laser de chapas metálicas (Kukreja et al., 2013).
A tecnologia de processamento a laser, com suas diversas aplicações e inovações contínuas, está moldando o futuro da manufatura e do processamento de materiais. Sua versatilidade e precisão a tornam uma ferramenta indispensável em diversos setores, expandindo os limites dos métodos tradicionais de manufatura.
Lazov, L., Angelov, N., & Teirumnieks, E. (2019). MÉTODO PARA ESTIMATIVA PRELIMINAR DA DENSIDADE DE POTÊNCIA CRÍTICA EM PROCESSOS TECNOLÓGICOS A LASER.MEIO AMBIENTE. TECNOLOGIAS. RECURSOS. Anais da Conferência Internacional Científica e Prática. Link
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A., & Bovatsek, J. (2011). Fabricação em alta velocidade de células solares emissoras seletivas com dopagem a laser usando fontes de laser de onda contínua (CW) de 532 nm e quase-CW com modelo.Link
Kobayashi, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J., & Mizoguchi, H. (2017). Processamento de lasers de alta potência DUV para vidro e CFRP.Link
Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J., & Kim, K.-S. (1999). Duplicação eficiente da frequência intracavitária a partir de um laser Nd:YAG de bombeamento lateral com diodo tipo refletor difusivo usando um cristal KTP.Link
Salminen, A., Piili, H. e Purtonen, T. (2010). As características da soldagem a laser de fibra de alta potência.Anais da Instituição de Engenheiros Mecânicos, Parte C: Revista de Ciência da Engenharia Mecânica, 224, 1019-1029.Link
Majumdar, J., & Manna, I. (2013). Introdução à Fabricação de Materiais Assistida por Laser.Link
Gong, S. (2012). Investigações e aplicações da tecnologia avançada de processamento a laser.Link
Yumoto, J., Torizuka, K., & Kuroda, R. (2017). Desenvolvimento de um banco de dados e banco de dados para fabricação a laser para processamento de materiais a laser.A Revisão da Engenharia Laser, 45, 565-570.Link
Ding, Y., Xue, Y., Pang, J., Yang, L.-j., & Hong, M. (2019). Avanços na tecnologia de monitoramento in-situ para processamento a laser.SCIENTIA SINICA Física, Mecânica e Astronômica. Link
Sun, H., & Flores, K. (2010). Análise microestrutural de um vidro metálico a granel à base de Zr processado a laser.Transações Metalúrgicas e de Materiais A. Link
Nowotny, S., Muenster, R., Scharek, S., & Beyer, E. (2010). Célula de laser integrada para revestimento e fresamento a laser combinados.Automação de Montagem, 30(1), 36-38.Link
Kukreja, LM, Kaul, R., Paul, C., Ganesh, P., & Rao, BT (2013). Técnicas Emergentes de Processamento de Materiais a Laser para Futuras Aplicações Industriais.Link
Hwang, E., Choi, J., & Hong, S. (2022). Processos emergentes de vácuo assistidos por laser para fabricação de ultraprecisão e alto rendimento.Nanoescala. Link
Horário da publicação: 18/01/2024