Nuovo impianto, quale personale formare e addestrare?
Bruno Magnanini
3 Dicembre 2024
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Nel taglio laser il fascio di radiazione EM proveniente dalla sorgente viene focalizzato, tramite una lente, sulla superficie della lamiera da tagliare la quale si riscalda e giunge rapidamente a fusione. Contemporaneamente un flusso di gas coassiale al fascio laser uscente da un ugello posto a valle della lente di focalizzazione produce una spinta fluidodinamica sufficientemente intensa da allontanare il fuso generando di fatto il solco di taglio.La lavorazione procede movimentando il fascio laser e la lamiera lungo il percorso di taglio desiderato.
Questo è il caso di quando il il gas utilizzato per allontanare il materiale fuso dal solco è inerte rispetto al materiale tagliato; i gas più utilizzati sono azoto, argon ed elio. Tale procedimento permette la realizzazione di un taglio di buona qualità, con una striatura laterale molto contenuta.
Nel taglio laser assistito ossigeno il gas di processo (O2) reagisce con il materiale metallico in lavorazione generando ossido metallico; ciò rilascia una quantità di energia aggiuntiva rispetto a quella del fascio laser che contribuisce a fondere il materiale velocizzando così la lavorazione. In questa tipologia il fascio laser ha la principale funzione di riscaldare il materiale permettendo così la reazione di ossidazione, la quale genera la maggior parte dell’energia necessaria a fondere il materiale. Rispetto alla tipologia precedente il vantaggio è di poter disporre di maggior potenza e di conseguenza poter lavorare su superfici più spesse o a velocità maggiori di contro le parti generate sono rivestite da un sottile strato di ossido metallico e sono geometricamente più irregolari che nel caso del taglio con gas inerte.
Si tratta di laser a gas basati su una miscela gassosa di biossido di carbonio eccitato elettricamente; tipicamente hanno una lunghezza d’onda di 10 μm. Tra i limiti del laser CO2 un rendimento relativamente scarso, tra il 5 e 10%, ma un’ottima qualità del taglio anche su lamiere spesse di acciai legati.
Nei laser a fibra il raggio è prodotto per mezzo di un cosiddetto laser seed e viene amplificato tramite fibre di vetro montate appositamente, alle quali viene alimentata energia mediante diodi di pompaggio; la lunghezza d’onda dei laser a fibra è di 1 μm. Tra i vantaggi principali del taglio laser a fibra una maggiore efficienza rispetto al laser CO2, la possibilità di tagliare anche metalli come ottone e rame, che nei laser CO2 tendono invece a riflettere le lunghezze d’onda, una maggior velocità e una minor manutenzione.
Tale tipologia di macchina per taglio laser coniuga i vantaggi delle due precedenti categorie garantendo consumi energetici più bassi in quanto il rapporto di conversione (rapporto tra potenza sviluppata e potenza realmente impiegata nel taglio) è pari al 50%. Il laser al diodo ha capacità di taglio superiori rispetto alla tipologia a CO2 e supera il taglio laser a fibra sui materiali riflettenti. Il taglio laser a diodo garantisce un’altissima velocità di taglio, in media un 15% in più rispetto al laser in fibra. Tuttavia hanno il limite di arrivare a una potenza massima di circa 6kW.
Le macchine per il taglio laser sono generalmente costituite dalla testa di taglio (o oscillatore), da un sistema di assi sui quali è installata la testa o da un braccio robotizzato, da una struttura schermata progettata per evitare che il raggio possa sfuggire al controllo e causare incidenti agli operatori e dal controllo numerico per il controllo della lavorazione.
A seconda che si debbano lavorare lamiere piane, strutture tridimensionali ottenute tramite stampaggio o imbutitura o forme cilindriche quali i tubi, varia la struttura del sostegno del pezzo in lavorazione ed i relativi serraggi, possono così aversi mandrini portapezzo, strutture con pinze di clampaggio o semplici piani di lavorazione. Infine, le macchine per il taglio laser possono operare singolarmente o all’interno di linee composte da magazzini automatici, sistemi di carico e di scarico o addirittura in combinate ovvero linee che prevedono diverse tipologie di lavorazioni (ad esempio piegatura, pannellatura, imbutitura, tranciatura o punzonatura).
Il taglio laser 2D si utilizza per ricavare sagomati da fogli di lamiera piana. Solitamente è impiegato per i settori che prevedono fasi di taglio ed in seguito procedimenti di piegatura, stampaggio o imbutitura.
Per tale lavorazione si impiegano macchinari che lavorano su 2+1 assi (solamente x e y + asse z per permettere lo spostamento dell’oscillatore). In virtù della semplicità dei semilavorati di partenza (fogli di lamiera di vari spessori), sovente le macchine per il taglio laser 2D possono essere dotate di sistemi di storage e caricamento automatici aumentando in tal modo la produttività.
Il taglio laser 3D consente di ricavare semilavorati o prodotti finiti a partire da lamiere che già hanno subito operazioni di piegatura, stampaggio o imbutitura e che, di conseguenza, presentano una struttura tridimensionale. Per tali ragioni questa tipologia di lavorazione trova usualmente applicazioni nei settori nei quali il taglio è successivo alle fasi di deformazione come ad esempio il settore automotive o l’aerospaziale.
Il lavorare su 3 dimensioni implica necessariamente una maggiore complessità delle tecnologie che sono costituite in tal caso da macchine in grado di lavorare su 6 assi o da robot. Da segnalare che solitamente le tecnologie che vengono impiegate per tagliare in 3 dimensioni possono essere utilizzate anche per le lavorazioni su due dimensioni anche se, in tali casi possono avere prestazioni, in termini di velocità di lavorazione, leggermente inferiori.
Il laser può essere impiegato anche nel taglio e nelle lavorazioni di tubi. In tal caso risulta importante il sistema di serraggio del pezzo in lavorazione. Il tubo è infatti serrato in un mandrino, analogamente a quanto accade per la tornitura, in tal modo l’oscillatore non deve muoversi intorno al tubo ma si sposta assialmente. Altro fattore da tenere in considerazione riguarda le potenze impiegate che devono essere modulate in funzione dello spessore e del diametro del tubo in modo da non danneggiarne la struttura.
I vantaggi del taglio laser sono da ricercarsi principalmente nella velocità, nella precisione, nella qualità del lembo generato e al costo limitato della lavorazione. Tale lavorazione permette di ottenere vantaggi tanto nella fase di progettazione quanto nella fase di realizzazione del ciclo di produzione; è possibile infatti lavorare con una grande variabilità di spessori e di materiali. I vantaggi progettuali derivano dalla possibilità di tagliare geometrie su lamiere piane o anche già piegate o imbutite progettando un ciclo che preveda l’utilizzo di tali superfici che verranno poi unite tramite vicoli tradizionali o saldatura. In particolare, grazie all’elevata precisione offerta dal taglio laser, è possibile realizzare sia tasselli di posizionamento che le relative sedi facilitando così il posizionamento ed il montaggio. Tali vantaggi si riscontrano principalmente nell’esecuzione di prototipi o piccole serie con un impegno economico del tutto contenuto.
