Corte a Laser e Corte por Jato de Água: Duas Grandes Tecnologias Combinadas?Ou são melhores quando são individuais?Como sempre, a resposta depende de quais trabalhos estão no chão de fábrica, quais materiais são mais manuseados, o nível de habilidade dos operadores, e, finalmente, o orçamento do equipamento disponível.
De acordo com uma pesquisa dos principais fornecedores de cada sistema, a resposta curta é que os jatos de água são mais baratos e mais versáteis que os lasers em termos de materiais que podem ser cortados. Da espuma ao alimento, os jatos de água apresentam uma flexibilidade extraordinária. Por outro lado, os lasers oferecem velocidade e precisão incomparáveis ao produzir grandes quantidades de metais mais finos de até 1 polegada (25,4 mm) de espessura.
Em termos de custos operacionais, os sistemas de jato de água consomem material abrasivo e requerem modificações na bomba. Lasers de fibra têm custos iniciais mais altos, mas custos operacionais mais baixos do que seus primos de CO2 mais antigos;eles também podem exigir mais treinamento do operador (embora as interfaces de controle modernas encurtem a curva de aprendizado). De longe, o abrasivo de jato de água mais comumente usado é granada. Em casos raros, ao usar substâncias mais abrasivas como óxido de alumínio, o tubo de mistura e o bico sofrerão mais desgaste .Com granada, os componentes do jato de água podem cortar por 125 horas;com alumina podem durar apenas cerca de 30 horas.
Em última análise, as duas tecnologias devem ser vistas como complementares, diz Dustin Diehl, gerente de produto da divisão de laser da Amada America Inc. em Buena Park, Califórnia.
"Quando os clientes têm ambas as tecnologias, eles têm muita flexibilidade na licitação", explicou Diehl.
Por exemplo, um cliente da Amada com dois sistemas executa blanking a laser. novamente e faça a bainha ou vedação.É uma pequena e elegante linha de montagem.”
Em outros casos, continuou Diehl, as lojas disseram que queriam comprar um sistema de corte a laser, mas não achavam que estavam dando muito trabalho para justificar o gasto. dia, faremos com que olhem para o laser.Podemos fazer a aplicação de chapas metálicas em minutos, em vez de horas.”
Tim Holcomb, especialista em aplicações da OMAX Corp. Kent, Washington, que administra uma loja com cerca de 14 lasers e um jato de água, lembra-se de ter visto uma foto que viu anos atrás em uma empresa que usava lasers, jatos de água e EDM com fio.pôster. O pôster apresenta os melhores materiais e espessuras que cada tipo de máquina pode suportar – a lista de jatos de água supera os outros.
Por fim, “vejo lasers tentando competir no mundo do jato de água e vice-versa, e eles não vão vencer fora de seus respectivos campos”, explica Holcomb. Ele também observou que, como o jato de água é um sistema de corte a frio, “podemos aproveite mais aplicações médicas ou de defesa porque não temos uma zona afetada pelo calor (HAZ) — somos tecnologia de microjato.Bico de minijato e corte de microjato” Realmente decolou para nós.”
Enquanto os lasers dominam o corte de aço preto macio, a tecnologia de jato de água é “verdadeiramente o canivete suíço da indústria de máquinas-ferramenta”, afirma Tim Fabian, vice-presidente de marketing e gerenciamento de produtos da Flow International Corp. em Kent, Washington. Membro da Shape Technology Group. Seus clientes incluem Joe Gibbs Racing.
“Se você pensar sobre isso, um fabricante de carros de corrida como Joe Gibbs Racing tem menos acesso a máquinas a laser porque muitas vezes cortam um número limitado de peças de muitos materiais diferentes, incluindo titânio, alumínio e fibra de carbono”, explicou Fabian road. Uma das necessidades que eles nos explicaram foi que a máquina que eles estavam usando tinha que ser muito fácil de programar.Às vezes, um operador pode fazer uma peça de alumínio de ¼” [6,35 mm] e montá-la em um carro de corrida, mas depois decide que a peça deve ser feita de titânio, uma folha de fibra de carbono mais espessa ou uma folha de alumínio mais fina. ”
Em um centro de usinagem CNC tradicional, ele continuou, “essas mudanças são consideráveis”.Tentar mudar as engrenagens de material para material e de peça para peça significa mudar as cabeças de corte, velocidades do fuso, taxas de avanço e programas.
“Uma das coisas que eles realmente nos incentivaram a usar o jato de água foi criar uma biblioteca dos diferentes materiais que eles usaram, então tudo o que eles tiveram que fazer foi dar alguns cliques no mouse e mudar de alumínio de ¼” para ½” [12.7 mm] fibra de carbono,” Fabian continuou.”Mais um clique, eles vão de ½” de fibra de carbono para 1/8″ [3,18 mm] de titânio.”A Joe Gibbs Racing está “usando muitas ligas exóticas e coisas que você normalmente não vê em clientes comuns.Então, gastamos muito tempo trabalhando com eles para criar bibliotecas com esses materiais avançados.Com centenas de materiais em nosso banco de dados, existe um processo fácil para os clientes adicionarem seus próprios materiais exclusivos e expandir ainda mais esse banco de dados.”
Outro usuário sofisticado do jato de água Flow é o SpaceX de Elon Musk. “Temos algumas máquinas na SpaceX para fabricar peças para foguetes”, disse Fabian. não estamos ganhando 10.000 de nada;eles estão fazendo um deles, cinco deles, quatro deles.
Para a loja típica, “Sempre que você tem um emprego e precisa de 5.000 ¼” de algo feito de aço, um laser será difícil de superar”, ressalta Fabian.“Mas se você precisa de duas peças de aço, três peças de alumínio ou quatro peças de nylon, provavelmente não consideraria usar um laser em vez de um jato de água. Com o jato de água, você pode cortar qualquer material, desde aço fino até 6″ a 8″ [15,24 a 20,32 cm] de espessura de metal.
Com suas divisões de laser e máquinas-ferramenta, a Trumpf tem uma posição clara em laser e CNC convencional.
Na janela estreita onde é mais provável que o jato de água e o laser se sobreponham – a espessura do metal é de pouco mais de 25,4 mm – o jato de água mantém uma borda afiada.
“Para metais muito, muito espessos – 1,5 polegadas [38,1 mm] ou mais – não apenas um jato de água pode oferecer melhor qualidade, mas um laser pode não ser capaz de processar o metal”, disse Brett Thompson, gerente de tecnologia e vendas de laser Consultoria .Depois disso, a diferença é clara: não-metais provavelmente serão usinados em jato de água, enquanto para qualquer metal de 1" de espessura ou mais fino", o laser é um acéfalo.O corte a laser é muito mais rápido, especialmente em finos e/ou materiais mais duros – por exemplo, aço inoxidável comparado ao alumínio.”
Para acabamento de peças, especialmente qualidade de borda, conforme o material se torna mais espesso e a entrada de calor se torna um fator, o jato de água ganha novamente uma vantagem.
“É aqui que o jato de água pode ter uma vantagem”, admitiu Thompson. “A gama de espessuras e materiais excede a de um laser com uma zona afetada pelo calor menor.Embora o processo seja mais lento do que um laser, o jato de água também fornece qualidade de borda consistentemente boa.Você também tende a obter uma esquadria muito boa ao usar um jato de água - espessura uniforme em polegadas e sem rebarbas.
Thompson acrescentou que a vantagem da automação em termos de integração em linhas de produção estendidas é o laser.
“Com um laser, a integração total é possível: carregue o material de um lado e saia do outro lado do sistema integrado de corte e dobra, e você obtém uma peça cortada e dobrada acabada.Nesse caso, o jato de água ainda pode ser uma escolha ruim – mesmo com um bom sistema de gerenciamento de materiais – porque as peças são cortadas muito mais lentamente e obviamente você tem que lidar com a água.”
Thompson afirma que os lasers são mais baratos de operar e manter porque “os consumíveis usados são relativamente limitados, especialmente os lasers de fibra”.No entanto, “o custo indireto geral dos jatos de água provavelmente será menor devido à menor potência e relativa simplicidade da máquina.Realmente depende de quão bem os dois dispositivos são projetados e mantidos.”
Ele lembra que, quando Holcomb, da OMAX, dirigia uma loja na década de 1990, “sempre que eu tinha uma peça ou planta em minha mesa, meu pensamento inicial era: 'Posso fazer isso com um laser?'” Mas antes que eu soubesse Antes, estávamos obtendo cada vez mais projetos dedicados a jatos de água. São materiais mais espessos e certos tipos de peças, não podemos entrar em um canto muito apertado por causa da zona afetada pelo calor do laser;ele sopra para fora do canto, então estaríamos inclinados para jatos de água – mesmo o que os lasers costumam fazer. O mesmo vale para a espessura do material.”
Enquanto as folhas soltas são mais rápidas no laser, as folhas empilhadas em quatro camadas são mais rápidas no jato de água.
“Se eu fosse cortar um círculo de 3″ x 1″ [76,2 x 25,4 mm] de aço macio de 1/4″ [6,35 mm], provavelmente preferiria o laser por causa de sua velocidade e precisão.O acabamento – contorno de corte lateral – será mais um acabamento semelhante ao vidro, muito suave.”
Mas para fazer um laser operar com esse nível de precisão, ele acrescentou, “você precisa ser um especialista em frequência e potência.Somos muito bons nisso, mas você tem que discar muito bem;com jatos de água, pela primeira vez, primeira tentativa.Agora, todas as nossas máquinas têm um sistema CAD integrado. Posso projetar uma peça diretamente na máquina.”Isso é ótimo para a criação de protótipos, acrescenta ele. “Posso programar diretamente no jato de água, facilitando a alteração de espessuras e configurações de materiais”.As configurações e transições do trabalho são “comparáveis;Já vi algumas transições para jatos de água muito semelhantes aos lasers.”
Agora, para trabalhos menores, prototipagem ou uso educacional – mesmo para uma loja de hobby ou garagem – o ProtoMAX da OMAX vem com uma bomba e uma mesa de rodízio para fácil realocação. O material da peça de trabalho é submerso na água para um corte silencioso.
Em relação à manutenção, “Normalmente, posso treinar alguém com jato de água em um ou dois dias e mandá-lo para o campo muito rapidamente”, afirma Holcomb.
As bombas EnduroMAX da OMAX são projetadas para reduzir o uso de água e permitir recondicionamentos rápidos. A versão atual tem três vedações dinâmicas.”Ainda digo às pessoas para terem cuidado com a manutenção de qualquer bomba, não apenas da minha.É uma bomba de alta pressão, então não se apresse e faça um treinamento adequado.”
“Os jatos de água são um excelente trampolim para o blanking e a fabricação, e talvez seu próximo passo seja um laser”, ele sugere. “Ele permite que as pessoas cortem peças.E as prensas dobradeiras são bastante acessíveis, então elas podem cortá-las e dobrá-las.Em um ambiente de produção, você pode estar inclinado a usar um laser.”
Enquanto os lasers de fibra oferecem flexibilidade para cortar não aço (cobre, latão, titânio), os jatos de água podem cortar materiais de vedação e plásticos devido à falta de um HAZ.
Operar a geração atual de sistemas de corte a laser de fibra “agora é muito intuitivo, e o local de produção pode ser determinado pelo programa”, disse Diehl. “O operador apenas carrega a peça de trabalho e aperta o botão de partida.Sou da oficina e, na era do CO2, a ótica começa a envelhecer e se deteriorar, a qualidade do corte é prejudicada e, se você puder diagnosticar esses problemas, será considerado um excelente operador.Os sistemas de fibra de hoje são cortadores de biscoitos, eles não têm esses consumíveis, então eles podem ser ligados ou desligados – cortando peças ou não.É preciso um pouco de demanda de um operador qualificado.Dito isto, acho que a transição do jato de água para o laser será suave e fácil.”
Diehl estima que um sistema típico de laser de fibra pode custar de US$ 2 a US$ 3 por hora, enquanto jatos de água custam cerca de US$ 50 a US$ 75 por hora, levando em consideração o consumo de abrasivos (por exemplo, granada) e os retrofits planejados da bomba.
À medida que a potência em quilowatts dos sistemas de corte a laser continua aumentando, eles se tornam cada vez mais uma alternativa aos jatos de água em materiais como o alumínio.
“No passado, se fosse usado alumínio espesso, o jato de água teria [a] vantagem”, explica Diehl. “O laser não tem a capacidade de atravessar algo como alumínio de 1”. Não estrague nesse mundo por muito tempo, mas agora com fibra ótica de maior potência e avanços na tecnologia laser, o alumínio de 1″ não é mais um problema.Se você fez uma comparação de custos, para o investimento inicial na máquina, os jatos de água podem ser mais baratos.As peças cortadas a laser podem ser 10 vezes maiores, mas você precisa estar nesse ambiente de alto volume para aumentar os custos.À medida que você executa mais peças mistas de baixo volume, pode haver algumas vantagens no jato de água, mas certamente não em um ambiente de produção.Se você estiver em qualquer tipo de ambiente em que precise executar centenas ou milhares de peças, não é uma aplicação de jato de água.”
Ilustrando o aumento na potência do laser disponível, a tecnologia ENSIS da Amada aumentou de 2 kW para 12 kW quando foi lançada em 2013. No outro extremo da escala, a máquina VENTIS da Amada (apresentada na Fabtech 2019) permite uma gama mais ampla de processamento de materiais com um feixe que se move ao longo do diâmetro do bocal.
“Podemos executar diferentes técnicas movendo-nos para frente e para trás, para cima e para baixo, de um lado para o outro ou em forma de oito”, disse Diehl sobre o VENTIS. “Uma das coisas que aprendemos com a tecnologia ENSIS é que todo material tem um doce spot - uma maneira que gosta de cortar.Fazemos isso usando diferentes tipos de padrões e modelagem de vigas.Com VENTIS, ele vai para frente e para trás quase como uma serra;à medida que a cabeça se move, o feixe se move para frente e para trás, então você obtém estrias muito suaves, ótima qualidade de borda e, às vezes, velocidade.
Assim como o pequeno sistema de jato de água ProtoMAX da OMAX, a Amada está preparando um “sistema de fibra muito pequeno” para pequenas oficinas ou “oficinas de prototipagem de P&D” que não desejam invadir seu departamento de produção quando precisam apenas fazer alguns protótipos. ”
Horário de postagem: 09 de fevereiro de 2022