Il taglio laser è un metodo molto diffuso fabbricazione di metalli tecnologia. Utilizza un raggio laser ad alta potenza e altamente focalizzato per tagliare il pezzo (materiale). Le moderne taglierine laser utilizzano la tecnologia CNC, che ne aumenta la precisione. È interessante notare che esistono diversi tipi di taglio laser. Ogni metodo si differenzia dagli altri per molti aspetti.
Alcuni di essi sono ideali per il taglio dei metalli, mentre altri sono adatti per i non metalli. Inoltre, i metodi di taglio laser differiscono in termini di costi e prezzi. Conoscere il taglio laser è essenziale, soprattutto se si opera nel settore della fabbricazione dei metalli. Questo articolo illustra tutti gli aspetti positivi e negativi di questi metodi di taglio laser.
Nozioni di base sulla tecnologia di taglio laser
In un precedente articolo, ho parlato della nozioni di base della tecnologia di taglio laser e i suoi principi di funzionamento. Se siete alle prime armi, vi consiglio di leggere prima questo articolo. Vi aiuterà a capire meglio i tipi di laser. Vediamo una breve panoramica di questa tecnologia.
Il taglio laser è una tecnologia avanzata che utilizza fasci laser ad alta energia e altamente focalizzati. Questi fasci laser vengono puntati sul punto desiderato. Poiché questi laser hanno un'energia molto elevata, possono facilmente fondere il metallo o il materiale. In questo modo, questi laser creano efficacemente tagli nel materiale.
In passato, il taglio laser era un processo più manuale. L'operatore doveva utilizzare la testa del laser e dirigere il laser verso i materiali. Tuttavia, le moderne macchine di taglio laser sono dotate di sistemi CNC. Queste macchine utilizzano istruzioni computerizzate alimentate dagli operatori per tagliare i materiali. La testa del laser si muove secondo la direzione del sistema automatizzato.
Grazie al coinvolgimento del CNC, il taglio laser è diventato un processo senza contatto. Non è necessario tenere la testa del laser o preoccuparsi dell'allineamento del pezzo. Le macchine laser sono così avanzate che si occupano di tutto. Tutto ciò che si deve fare è inserire le giuste istruzioni computerizzate o con codice G. La testa del laser si muoverà e taglierà il pezzo. La testa del laser si muoverà e taglierà il materiale.
Tipi di taglio laser
Come ho già detto, i metodi di taglio differiscono per molti aspetti. Tra questi, la velocità, il costo e la compatibilità con il materiale. Nella sezione che segue, discuteremo tutti i tipi di taglio più diffusi. taglio laser. Quindi, scaviamo!
1- CO₂ Taglio laser
Questo metodo di taglio laser è molto popolare tra le piccole e medie imprese. Per le sue operazioni utilizza una miscela di gas diversi. La miscela contiene anidride carbonica (CO₂), azoto ed elio. Inoltre, alcuni gas di assistenza, come l'azoto, vengono utilizzati per pulire l'area di taglio.
Questi gas di assistenza soffiano via anche i detriti che si formano durante il taglio. Questo metodo necessita di energia elettrica per il suo funzionamento. Questa energia eccita la miscela di gas. Di conseguenza, viene prodotto un raggio laser ad alta potenza. Tuttavia, questo raggio non è molto focalizzato o concentrato. Questo laser, quando si trova sotto la testa del laser, si trova di fronte a più specchi e lenti.
Queste lenti rendono i laser più focalizzati e concentrati. Di conseguenza, il raggio laser raggiunge il punto desiderato e fonde la superficie del materiale. L'energia di questi fasci è così elevata che può persino far evaporare i materiali. Il metodo di taglio laser CO₂ è ideale per i materiali non metallici, come legno, pelle, vetro e plastica.
Se lo si utilizza per tagliare metalli o materiali riflettenti, la sua efficacia e la sua efficienza diminuiranno in larga misura. Ecco una tabella che illustra i pro e i contro del taglio laser CO₂:
| Pro | Contro |
| Alta precisione, | Non per metalli spessi e riflettenti |
| Funziona su molti non metalli. | Più lento sui metalli |
| Ottimo per l'incisione | Dimensioni ingombranti della macchina |
| Tagli lisci e puliti. | Necessita di una manutenzione frequente |
| Costo inferiore rispetto ai laser a fibra, | Utilizzo di potenza superiore |
2- Taglio laser a fibra
Il taglio laser in fibra è un'opzione più avanzata e superiore rispetto al taglio laser a CO₂. Non utilizza una miscela di gas diversi per produrre laser. Al contrario, prevede l'amplificazione della luce per creare il laser. In primo luogo, viene fornita energia al materiale (fibra). L'aggiunta di energia nelle fibre eccita gli atomi di questi materiali.
Questa eccitazione degli atomi rilascia energia sotto forma di fotoni. È interessante notare che questi fotoni non sono immobili, ma rimbalzano all'interno delle macchine laser. Il loro movimento o la collisione dei fotoni eccita ulteriormente altri atomi. Ciò determina l'emissione stimolata di energia. Le macchine sono costituite da due specchi, dove i fotoni colpiscono in modo casuale.
Uno specchio viene parzialmente rimosso e l'energia, sotto forma di raggio laser, fuoriesce dalla macchina. Il raggio laser viene quindi diretto sul punto desiderato del materiale. Poiché il laser ha un'energia molto elevata, fonde e taglia i materiali. A differenza del taglio laser CO₂, questo metodo può tagliare facilmente metalli e materiali riflettenti.
Il laser ha un'eccellente forza di taglio, che gli consente di tagliare materiali robusti. Tra questi, acciaio inossidabile, alluminio, ottone e altri. Questa tecnologia è particolarmente efficace per i componenti di precisione come Stencil SMT. Tuttavia, può essere leggermente più lento quando si tagliano metalli diversi, come il legno o il vetro. Il costo iniziale del taglio laser in fibra è molto elevato, il che rappresenta uno svantaggio. Tuttavia, continuo a considerare questo metodo più conveniente.
Ecco una tabella che illustra i pro e i contro del taglio laser in fibra:
| Pro | Contro |
| Taglio rapido e preciso del metallo, | Non va bene per i non metalli |
| Può tagliare metalli riflettenti. | Costo della macchina più elevato |
| Manutenzione ridotta, | Necessita di un operatore qualificato |
| Utilizza meno elettricità. | L'installazione e l'apprendimento richiedono tempo |
| Lunga durata del laser, | Non è l'ideale per progetti di piccole dimensioni o per hobby |
3- Taglio laser dei cristalli
Questo metodo di taglio laser è più potente ma ha una durata inferiore rispetto al taglio laser a fibra o CO2. Utilizza cristalli allo stato solido per generare i raggi laser. I cristalli più comuni sono:
- Nd: YVO (ortovanadato di ittrio drogato di neodimio)
- Nd: YAG (granato di alluminio e ittrio drogato con neodimio)
Questa energia superiore viene fornita a questi cristalli. Di conseguenza, gli atomi all'interno di questi cristalli assorbono l'energia. Di conseguenza, gli elettroni di questi atomi passano a uno stato di energia superiore. Quando questi elettroni tornano indietro, rilasciano una grande quantità di energia sotto forma di fotoni.
Questi fotoni si scontrano con gli specchi all'interno del tubo laser e rimbalzano ripetutamente. Di conseguenza, eccitano ulteriormente altri elettroni, che rilasciano energia sotto forma di fotoni. Questa reazione a catena continua a generare altri fotoni, dando origine a fasci laser di maggiore energia. Il raggio laser viene quindi diretto sul materiale, tagliandolo.
È interessante notare che questo metodo di taglio fornisce un fascio elevato con una maggiore densità di potenza. Pertanto, può tagliare i materiali più resistenti, come metalli e ceramiche. Le macchine per il taglio laser a cristalli sono meno resistenti e hanno una durata inferiore rispetto ai metodi laser a fibra e CO2. Ecco una tabella che ne illustra i principali vantaggi e svantaggi:
| Pro | Contro |
| Taglio molto preciso, | Durata di vita più breve |
| Taglia materiali duri, | Costo elevato |
| Ottimo per i dettagli più fini, | Sensibile al calore/umidità |
| Elevata potenza in dimensioni ridotte, | Configurazione complessa |
| Danno termico ridotto in modalità pulsata, | Meno efficiente dal punto di vista energetico |
4- Taglio laser a diodi diretti
Questo tipo di taglio laser utilizza un piccolo componente noto come diodo laser. Si tratta di un semiconduttore che aiuta a produrre in modo efficiente raggi laser ad alta potenza. In primo luogo, la corrente fluisce in questi diodi. Fornisce energia agli atomi dei diodi. Di conseguenza, gli elettroni di questi atomi assorbono energia e passano a uno stato energetico superiore.
Quando tornano a uno stato energetico inferiore, rilasciano energia sotto forma di fotoni. Questi fotoni provocano un'ulteriore emissione di energia stimolata eccitando altri atomi. Di conseguenza, vengono prodotti raggi laser ad alta potenza. È interessante notare che i diodi laser utilizzati hanno uno specchio su un lato. Questa apertura parziale dello specchio consente al laser di fuoriuscire.
Una volta che il laser fuoriesce, viene diretto sul materiale e lo taglia in modo efficace. Questo tipo di taglio laser è adatto per tagliare materiali sottili. Tuttavia, non taglia se il materiale è troppo spesso o denso. L'aspetto positivo di questo metodo di taglio è che il suo consumo energetico è molto basso. Il suo utilizzo è comune nella marcatura laser, nella saldatura e nella testurizzazione delle superfici.
Ecco una tabella che illustra i pro e i contro del taglio laser a diodi diretti:
| Pro | Contro |
| Alta efficienza energetica, | Non ideale per metalli spessi |
| Compatto e leggero, | Potenza inferiore |
| Manutenzione ridotta, | Gamma limitata di materiali |
| Veloce per materiali sottili, | Qualità del fascio più debole |
| Riduzione dei costi operativi, | Profondità di taglio ridotta |
Tipi di taglio laser in base al metodo di taglio
Nella sezione precedente ho parlato dei vari tipi di taglio laser. Questi tipi differiscono l'uno dall'altro in termini di sorgente laser. Ad esempio, nel taglio laser CO2, la sorgente laser è costituita da una miscela di gas diversi. Allo stesso modo, il taglio laser in fibra utilizza la fibra ottica come sorgente del laser.
Cristalli e DDL utilizzano rispettivamente cristalli allo stato solido e piccoli diodi per generare laser. Giusto? Tuttavia, alcuni tipi di taglio laser si basano sul metodo utilizzato per tagliare il materiale. Ad esempio, alcuni metodi di taglio laser utilizzano il calore per fondere il materiale, consentendo un taglio preciso. Altri tipi di laser, invece, non fondono i materiali.
Invece, vaporizzano il punto mirato per tagliare il materiale. Questi metodi di taglio laser utilizzano i tipi di laser sopra citati. Ecco una tabella che mostra i tipi di taglio laser in base al modo in cui tagliano il materiale:
| Metodo di taglio laser | Come ogni metodo taglia il materiale o il pezzo in lavorazione | Tipi di laser comunemente utilizzati |
| Taglio laser a fusione | Fonde il materiale; il metallo fuso viene soffiato via dal gas | Laser a fibra, laser a CO₂ |
| Taglio laser a vaporizzazione | Vaporizza il materiale direttamente in gas - nessuna fusione del materiale | Laser CO₂, laser Nd:YAG |
| Taglio laser a distanza | Fonde materiale sottile utilizzando solo il fascio (senza gas di assistenza) | Laser a fibra |
| Taglio laser all'ossigeno | Riscalda e ossida il materiale utilizzando il gas ossigeno. | Laser CO₂, laser a fibre ottiche |
Come scegliere il giusto metodo di taglio laser?
La scelta del metodo di taglio laser appropriato può essere un processo confuso. A causa della confusione, si potrebbe finire per scegliere il tipo di laser sbagliato. Ciò influirà sia sulla qualità dei tagli che sul budget del progetto. Ecco alcuni fattori chiave da considerare quando si sceglie un metodo di taglio laser. Vi aiuteranno a scegliere il tipo giusto per le vostre esigenze.
- Tipo di materiale: Innanzitutto, è necessario determinare il tipo di materiale con cui si lavora. Se si tratta di un materiale non metallico, consiglio di scegliere un laser a CO₂. Il taglio laser in fibra, invece, è più adatto ai metalli e ai materiali altamente riflettenti.
- Spessore del materiale: L'efficienza di un metodo di taglio laser varia al variare dello spessore del materiale. Per i materiali più pesanti e spessi si dovrebbero scegliere i laser a cristallo o a fibra. Il DDL (Direct Diode Laser) è invece l'opzione migliore per i materiali sottili.
- Volume di produzione: Ogni metodo di taglio laser ha i suoi limiti per quanto riguarda il volume di produzione che può gestire. Se avete un'attività commerciale, vi consiglio di scegliere un metodo di taglio laser in fibra. Questo metodo permette di tagliare più pezzi in meno tempo, consentendo di rispettare anche le scadenze più rigide.
- Precisione e qualità: In genere i produttori prediligono la precisione e la qualità dei tagli durante la produzione. Giusto? Se questa è la vostra esigenza, dovreste scegliere il taglio laser a cristalli. Anche se è costoso, produce tagli fini, dettagliati e uniformi grazie alla qualità superiore del raggio.
- Budget e velocità: Ritengo che il laser a fibra sia l'opzione migliore, in quanto il suo costo è di fascia media e offre una velocità di punta. Il taglio laser a CO₂ è meno costoso ma più lento, il che può influire sulla produttività. Il taglio laser a cristalli è di qualità superiore e molto costoso, e non lo consiglio.
Conclusione
Le tecniche di taglio laser svolgono un ruolo cruciale nella fabbricazione dei metalli. Il raggio laser ad alta potenza può tagliare con facilità materiali di qualsiasi resistenza. Tuttavia, i diversi tipi di taglio laser variano in termini di efficacia. Alcuni di essi sono adatti al taglio di materiali metallici.
D'altra parte, alcuni metodi di taglio laser eccellono nel taglio di materiali non metallici. In questo articolo ho illustrato i quattro tipi più importanti, classificati in base alla loro sorgente laser. L'articolo fornisce anche una panoramica dei tipi di laser in base alle loro capacità di taglio. Infine, vi spiegherò qual è la tecnica di taglio laser più adatta alle vostre esigenze.