Soluções a laser para dispositivo de corte de tubos e material plano

Roland Wölzlein | 17 de agosto de 2020

Hoje, quase todo o corte a laser de precisão de metais e não metais é realizado com ferramentas equipadas com lasers de fibra ou lasers de pulso ultracurto (USP), ou às vezes ambos. Neste artigo, explicamos as diferentes vantagens de ambos os tipos de laser e analisamos como dois fabricantes estão usando esses lasers. A NPX Medical (Plymouth, MN) é uma empresa contratada de usinagem especializada para uma ampla variedade de dispositivos e ferramentas de implantação, como stents, implantes e tubos flexíveis, usando uma máquina que incorpora um laser de fibra. A Motion Dynamics fabrica subconjuntos como conjuntos "pull-wire" principalmente para uso em neurologia, utilizando uma máquina que incorpora um laser de femtosegundo USP, bem como um dos mais recentes sistemas híbridos que inclui um laser de femtosegundo e um laser de fibra, para máxima flexibilidade e versatilidade.

Por muitos anos, a maior parte da microusinagem a laser foi realizada usando lasers de nanossegundos de estado sólido chamados lasers DPSS. Mas esta situação mudou completamente devido ao desenvolvimento de dois tipos de laser bastante diferentes e, portanto, complementares. O laser de fibra que foi originalmente desenvolvido para telecomunicações amadureceu para se tornar um laser de processamento de materiais de trabalho em muitas indústrias, geralmente em comprimentos de onda próximos ao infravermelho. A razão de seu sucesso é sua arquitetura simples e escalabilidade de energia direta. Isso resulta em lasers compactos, altamente confiáveis ​​e fáceis de integrar em máquinas especializadas e geralmente oferecem menor custo de propriedade do que os tipos de laser mais antigos. E o mais importante para a microusinagem, o feixe de saída pode ser focado em um ponto pequeno e limpo com apenas alguns mícrons de diâmetro, portanto, eles são adequados para corte, soldagem e perfuração de alta resolução. Sua saída também é altamente flexível e controlável, com taxas de pulsação desde disparo único até 170 kHz. Juntamente com o poder escalável, isso suporta corte e perfuração rápidos.

No entanto, a única desvantagem potencial dos lasers de fibra na microusinagem é o processamento de pequenos recursos e/ou peças finas e delicadas. A longa duração do pulso (por exemplo, 50 µs) pode causar uma pequena quantidade de zona afetada pelo calor (HAZ), como material reformulado e menor rugosidade da borda, o que pode exigir algum pós-processamento. Felizmente, o novo tipo de laser - o laser de pulso ultracurto (USP) com pulsos de saída de femtossegundos - elimina o problema de HAZ.

Com os lasers USP, a maior parte do calor extra associado ao processo de corte ou perfuração é levado pelos detritos ejetados, antes que tenha tempo de se espalhar no material ao redor. Os lasers USP com saída de picossegundos são usados ​​há muito tempo em aplicações de microusinagem envolvendo plásticos, semicondutores, cerâmicas e alguns metais (um picossegundo = 10-12 segundos). Mas para dispositivos de metal com suportes tão pequenos quanto um cabelo humano, a alta condutividade térmica do metal e as dimensões minúsculas significam que os lasers de picossegundos nem sempre fornecem os melhores resultados que justificariam o aumento do custo dos primeiros lasers USP. Essa situação agora mudou com o advento dos lasers de femtosegundo de nível industrial (um femtosegundo = 10-15 segundos). Um exemplo é a série Monaco de lasers da Coherent Inc. Como os lasers de fibra, sua saída é no infravermelho próximo, o que significa que eles podem cortar ou perfurar todos os metais usados ​​em dispositivos médicos, incluindo aço inoxidável, platina, ouro, magnésio, cromo-cobalto, titânio, etc., bem como não metais. E enquanto a combinação de curta duração de pulso e baixa energia de pulso evita danos térmicos (HAZ), a alta taxa de repetição (MHz) garante velocidades de produção econômicas para muitos dispositivos médicos de alto valor.

Claro, praticamente ninguém em nosso setor precisa apenas de um laser; em vez disso, eles precisam de uma máquina baseada em laser, e agora existem várias máquinas especializadas otimizadas para corte e perfuração de dispositivos médicos. Um exemplo é a série StarCut Tube da Coherent, que está disponível com laser de fibra, laser de femtosegundo ou como uma versão híbrida que inclui os dois tipos de laser.