Taglio laser della lamiera: processo, pro e contro

Cos'è il taglio laser della lamiera?

I processi di produzione sottrattiva sono fondamentali per la modifica dei materiali nella fabbricazione di componenti. Il taglio laser della lamiera è uno dei metodi standard per tagliare e rimuovere parti da un pezzo in lavorazione. La tecnica prevede il ritaglio di pezzi di materiale utilizzando fasci laser.

La tecnica del taglio laser si basa sulla tecnologia a controllo numerico computerizzato (CNC), che ne garantisce l'impeccabile precisione. Prima dell'operazione di taglio CNC o laser, l'operatore deve aver inserito nel computer codici o programmi che dettagliano i disegni o i motivi da seguire.

Il processo di taglio laser della lamiera

Il taglio laser del metallo prevede l'uso di fasci laser per fondere metalli e leghe, provocando tagli netti e precisi. Il processo di taglio laser consiste in due operazioni che lavorano in sincronia.

La prima fase prevede l'assorbimento del raggio laser focalizzato da parte del materiale: l'energia che causa il taglio. La seconda riguarda l'ugello di taglio, concentrico ai laser, che fornisce il gas di assistenza necessario per il processo. Il gas protegge la testa di lavorazione da vapori e spruzzi e aiuta a rimuovere il materiale in eccesso dal solco di taglio (kerf).

Esistono essenzialmente tre metodi per il taglio laser della lamiera.

1. Taglio laser per fusione

Il processo di taglio laser per fusione utilizza un gas inerte, solitamente azoto. Il gas di processo a bassa reazione vaporizza continuamente la fessura di taglio del materiale. Mentre il materiale fuso viene rimosso, il gas inerte previene l'ossidazione sul bordo del taglio senza interferire con il processo.

Questo metodo di taglio laser è adatto per tagliare fogli piatti e sottili di leghe di alluminio e acciaio inossidabile che richiedono un elevato impatto estetico e meno operazioni di finitura.

2. Taglio laser per sublimazione

Come suggerisce il nome, il taglio laser per sublimazione fa evaporare il materiale. Invece di fondere il materiale come altri processi di taglio laser, questo viene immediatamente trasformato da solido a gassoso: la sublimazione.

Come il taglio per fusione, il taglio per sublimazione utilizza gas inerti per soffiare il vapore del materiale fuori dal kerf. Pertanto, non ci sono ossidanti sul bordo del taglio. Viene spesso utilizzato per tagliare materiali organici come legno, pelle, tessuti, ecc.

3. Taglio laser a fiamma (Ossitaglio laser)

Il taglio laser a fiamma utilizza un gas combustibile – l'ossigeno – per espellere il materiale fuso. Il laser riscalda il pezzo creando una combustione spontanea dopo la fusione del materiale. L'ossigeno fornisce maggiore energia al processo di taglio attraverso l'ossidazione, una reazione esotermica.

Il taglio a fiamma è ideale per tagliare l'acciaio dolce e materiali fusibili come la ceramica. Questo processo può causare bruciature sulla superficie di taglio poiché il gas è un ossidante. Una corretta ottimizzazione dei parametri aiuterà a prevenire la formazione di bave.

Tipi di laser per il taglio della lamiera

I produttori utilizzano solitamente tre diversi tipi di laser per il taglio. Ogni tipo ha caratteristiche distintive ed è più adatto a specifici materiali. Di seguito è riportata una panoramica dei tre tipi di laser.

1. Laser a fibra

Le macchine da taglio laser a fibra utilizzano la fibra di vetro per il taglio. Generano una potenza molto elevata per tagli di precisione. Questo laser appartiene alla famiglia dei laser a stato solido, originati da un "laser seme" potenziato da speciali fibre di vetro.

Questi laser sono adatti per tagliare quasi tutti i materiali, dai metalli alle leghe, fino ai non metalli inclusi legno, vetro e plastica. Oltre al taglio, sono ideali per altre operazioni come la ricottura e l'incisione.

Inoltre, sono i laser più durevoli, con una vita utile estesa di oltre 25.000 ore e richiedono meno manutenzione.

2. Laser a CO₂

I laser a CO₂ producono fasci laser facendo passare una corrente elettrica attraverso un tubo riempito con una miscela di gas inerti, principalmente azoto ed elio. Sono le forme di laser più comuni perché efficienti, economici e adatti a tagliare diversi tipi di materiali ad alta velocità.

Tuttavia, producono meno potenza di taglio rispetto ai laser a fibra. Pertanto, non sono la scelta ottimale per il taglio laser della lamiera metallica. In genere, i produttori preferiscono utilizzarli per tagliare non metalli e materiali organici come legno, carta, acrilico, ecc.

3. Laser a cristalli (Nd: YAG o Nd: YVO)

I laser a cristalli generano i loro fasci da cristalli di Nd: YAG (granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio) o Nd: YVO (ortovanadato di ittrio drogato al neodimio, YVO4). Quest'ultimo è il più comune.

Questi cristalli producono fasci con un'elevata potenza di taglio. Tuttavia, sono costosi e meno durevoli, con una vita media di circa 8.000 - 15.000 ore. Sono comunemente adottati per tagliare plastica, metalli e non metalli, inclusa la ceramica.

7 vantaggi del taglio laser della lamiera

Esaminiamo i benefici del taglio laser della lamiera per il settore manifatturiero.

1. Alta precisione e accuratezza

Il taglio laser è perfetto per la lamiera grazie alla sua estrema precisione. Le macchine possono eseguire tagli intricati con tolleranze molto strette. È la tecnica di riferimento per dettagli specifici che richiedono massima accuratezza.

Alcuni sistemi possono raggiungere un'accuratezza fino a 0,0005 pollici. Poiché il laser fonde le parti metalliche, produce poche o nessuna bava, lasciando un bordo pulito, liscio e affilato.

2. Processo automatizzato

Il taglio laser è gestito da sistemi CNC. Una volta impostato il programma, il processo procede autonomamente, richiedendo meno intervento umano e riducendo il margine di errore.

3. Prevenzione dei danni

Esiste il falso mito che il taglio laser deformi il metallo. In realtà, il calore interessa solo porzioni minuscole del materiale e il processo è così rapido che non si verificano distorsioni o curvature significative.

4. Compatibile con la maggior parte dei materiali

Questa tecnica può lavorare un'ampia gamma di materiali: rame, alluminio, acciaio inossidabile o persino titanio, grazie alle altissime temperature raggiunte dal laser.

5. Costo relativamente basso

Sebbene le macchine per il taglio laser siano costose, sono più convenienti di altre macchine CNC perché versatili (una sola macchina per più operazioni) e durevoli, con meno usura e manutenzione.

6. Alta versatilità

Il laser può essere impiegato per funzioni diverse, dai tagli semplici a quelli più complessi con design intricati, rendendolo ideale per molteplici settori industriali.

7. Basso consumo energetico

Nonostante la potenza necessaria, questa tecnica è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ad altri metodi, grazie alle poche parti mobili e alla velocità di esecuzione.

I contro del taglio laser della lamiera

I principali svantaggi includono:

1. Richiede un operatore tecnico

È necessario un esperto per configurare correttamente la macchina e prevenire danni al materiale o al dispositivo stesso.

2. Limitazioni nello spessore del metallo

Per metalli molto spessi potrebbero servire altre tecniche. In genere, il laser taglia alluminio fino a 15 mm e acciaio fino a 6 mm.

3. Rilascio di fumi e gas nocivi

Il processo di fusione rilascia fumi nell'ambiente, rendendo necessaria una ventilazione adeguata del locale di lavoro.

4. Alto investimento iniziale

L'acquisto di un laser di alta qualità è oneroso, spesso il doppio rispetto a un sistema a getto d'acqua.

Fonte dell'articolo: waykenrm.com