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Il taglio laser come procedimento di separazione senza contatto

Per taglio laser si intende un procedimento di separazione che permette di tagliare materiali metallici e non metallici di differenti spessori. Alla base di questo procedimento c'è un raggio laser, che viene guidato, formato ed emesso in forma di fascio. Quando il raggio laser colpisce il pezzo, il materiale si riscalda fino a fondere o evaporare. In questa fase tutta la potenza del laser si concentra su un punto di diametro il più delle volte inferiore a mezzo millimetro. Quando su questo punto viene applicato più calore di quanto possa defluire per conduzione termica, il raggio laser penetra interamente nel materiale: è iniziato il procedimento di taglio. Mentre in altri procedimenti sono utensili pesanti ad applicare forze enormi sulla lamiera, il raggio laser svolge il suo compito senza contatto. In questo modo non si usura l'utensile in sé, né si deforma o si danneggia il pezzo.

I vantaggi del taglio laser

Il processo del taglio laser

La base del taglio laser è rappresentata dall'interazione tra raggio laser focalizzato e pezzo. Nel grafico seguente sono illustrati i numerosi componenti e strumenti ausiliari utilizzati sul fascio laser e intorno ad esso, per consentire a questo processo di procedere in modo sicuro e preciso.

Prinzip des Laserschneidens

  1. Ottica di focalizzazione: sistemi ottici a specchi e lenti focalizzano il raggio laser sul punto di lavorazione
  2. Raggio laser: il raggio laser colpisce il pezzo e lo riscalda finché non fonde o evapora.
  3. Gas di taglio: il gas di taglio serve per soffiare via dalla fessura di taglio la massa fusa generata. Il gas esce dall'ugello coassialmente al raggio laser.
  4. Rigature di taglio: con il taglio laser il bordo di taglio assume un tipico aspetto rigato. Se la velocità di taglio è bassa, queste righe hanno un andamento pressoché parallelo al raggio laser.
  5. Massa fusa: il raggio laser, ovvero la luce laser a fascio, viene guidato lungo il contorno e fonde localmente il materiale.
  6. Fronte di taglio: la fessura di taglio sul pezzo è appena più larga del raggio laser focalizzato.
  7. Ugello: attraverso l'ugello di taglio il raggio laser e il gas di taglio colpiscono il pezzo.
  8. Direzione di taglio: lo spostamento della testa di taglio o del pezzo in una determinata direzione genera la fessura di taglio.

Numerose applicazioni nel settore del taglio laser

Lasergeschnittenes Bauteil

Assenza di formazione di bava visibile: la ruota dentata mostra l'eccellente qualità del taglio laser anche in materiale di maggiore spessore.

Taglio laser di componenti in CFK

Le plastiche rinforzate con fibre sono il materiale ideale per la costruzione leggera. Certamente la riluttanza del materiale ad essere lavorato crea ostacoli a qualsiasi utensile, ma non al laser. Proprio nella costruzione di prototipi i clienti beneficiano della rapidità e flessibilità di conformazione del laser come utensile di taglio.

Musterteil BrightLine fiber

Dall'acciaio da costruzione all'acciaio inox, fino a materiali molto riflettenti: il laser è in grado di lavorare tutti i materiali di uso più comune in campo industriale con risultati di alta qualità.

Lasergeschnittene B-Säule

Veloce, senza bava e in tre dimensioni: queste sono le caratteristiche del laser nel taglio di componenti profilati a caldo, come ad esempio i montanti nell'industria automobilistica.

Musterteile aus Buntmetallen

Nel taglio in fusione il laser taglia acciaio inox e acciaio da costruzione di spessore a partire da 0,5 mm con particolare velocità e redditività.

Lasergeschnittenes Hitzeschutzblech für Abgasanlagen

Il laser permette di tagliare con precisione finale anche componenti di forma tridimensionale, come ad esempio le lamiere degli scudi termici di impianti di scarico.

Schneiden von sprödharten Materialien wie Glas mit dem Laser

Con impianti per il taglio laser si possono lavorare a specchio e con elevata velocità anche materiali duri e fragili, come il vetro, senza formazione di bava o schegge.

TruLaser 3030, Spiegelkante

BrighLine fiber è una combinazione intelligente di sistema ottico speciale e ugelli a flusso ottimizzato con altre innovazioni tecniche. Il vantaggio: grazie ai bordi di taglio di alta qualità, i pezzi non si incastrano durante la rimozione.

Lasergeschnittene Küchenmessen

Rispetto ai procedimenti di separazione meccanici, con il laser si possono lavorare più velocemente i coltelli per uso domestico, senza doverne rifinire il tagliente.

Microlavorazione con prodotti TRUMPF

I laser a impulsi brevi e ultrabrevi tagliano in modo rapido e redditizio strutture con filigrana micrometrica. Ad esempio, in orologeria vengono utilizzate lancette tagliate con il laser, oppure nella tecnica medicale impianti tagliati con il laser.

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Tutte le procedure di taglio laser in breve

Per il taglio di materiali metallici e non metallici, in molti casi il laser è l'utensile universale di prima scelta. Il raggio laser taglia rapidamente e con flessibilità pressoché qualsiasi contorno, a prescindere dalla filigrana e complessità della sua forma e dalla sottigliezza dei materiali. Il processo di lavorazione e il risultato dipendono dai diversi gas e dalle diverse pressioni impiegati per il taglio.

Taglio con fiamma ossidrica

Nel taglio con fiamma ossidrica si utilizza come gas di taglio l'ossigeno, che viene soffiato nella fessura di taglio a una pressione fino a 6 bar. Qui brucia e ossida la massa metallica fusa. L'energia liberata da questa reazione chimica funge da supporto per il raggio laser. Il taglio con fiamma ossidrica permette velocità di taglio molto alte e la lavorazione di lamiere spesse e acciaio da costruzione.

Taglio laser per fusione

Nel taglio laser per fusione, come gas di taglio viene utilizzato azoto o argon. Il gas viene spinto nella fessura di taglio a una pressione compresa tra 2 e 20 bar e, diversamente da quanto accade con il taglio con fiamma ossidrica, non reagisce con la superficie metallica nella fessura di taglio. Questo procedimento di taglio presenta il vantaggio di lasciare i bordi di taglio privi di bava e ossido, pertanto non richiede lavori di rifinitura.

Taglio per sublimazione

Il taglio per sublimazione viene utilizzato soprattutto per lavori di taglio di precisione, che richiedono bordi di taglio di altissima qualità. In questo procedimento il laser fa evaporare il materiale con minima formazione di massa fusa. Il vapore del materiale genera nella fessura di taglio un'alta pressione, che espelle la massa fusa in alto e in basso. Il gas di processo costituito da azoto, argon o elio scherma le superfici di taglio dall'area circostante e provvedere a mantenere privi di ossido i bordi di taglio.

Taglio laser di precisione

Nel taglio laser di precisione, l'energia laser pulsata pratica singoli fori consecutivi che si sovrappongono al 50-90% formando così la fessura di taglio. Gli impulsi corti permettono di ottenere potenze di picco impulso molto alte e irradianze estreme sulla superficie del pezzo. Il vantaggio: poiché il riscaldamento del componente è minimo, con questo taglio si possono ottenere anche pezzi estremamente filigranati senza distorsione termica.

Parametri che influiscono sul processo di taglio laser

Posizione e diametro del fuoco

La posizione del fuoco influisce sull'irradianza e sulla forma della fessura di taglio sul pezzo. Il diametro del fuoco determina la larghezza della fessura ed anche la forma della fessura di taglio.

Potenza laser

Per superare la soglia di lavorazione, ovvero il punto in cui il materiale inizia a fondere, è necessaria una determinata quantità di energia per superficie. Questa è definita dall'equazione: energia per superficie = irradianza x tempo di contatto sul pezzo.

Diametro dell'ugello

La scelta dell'ugello giusto è determinante per la qualità dei pezzi. Il diametro dell'ugello determina infatti sia la forma del raggio di gas sia la quantità del gas.

Modo di funzionamento

Funzionamento CW o a impulsi: il modo di funzionamento permette di controllare come l'energia laser arriva sul pezzo, ovvero in modalità continua o intermittente.

Velocità di taglio

La velocità di taglio viene definita in funzione del rispettivo compito di taglio e del materiale da lavorare. In linea di principio, maggiore è la potenza laser disponibile, più veloce è il taglio. La velocità di taglio inoltre decresce proporzionalmente all'aumento dello spessore del materiale. Se la velocità per lo specifico materiale è regolata troppo alta o troppo bassa, saranno maggiori la rugosità e la formazione di bava.

Grado di polarizzazione

Quasi tutti i laser a CO2 emettono una luce polarizzata lineare. Quando si tagliano contorni, il risultato del taglio cambia a seconda della direzione di taglio: se la luce oscilla parallelamente alla direzione di taglio, il bordo sarà liscio. Se la luce oscilla perpendicolarmente alla direzione di taglio, si forma una bava. Per questo motivo la luce laser polarizzata lineare viene trasformata prevalentemente in luce polarizzata circolare. Il grado di polarizzazione indica la qualità della polarizzazione circolare ottenuta ed è decisiva ai fini della qualità del taglio. Nei laser allo stato solido non è necessario modificare la polarizzazione, in quanto i risultati non dipendono dalla direzione del taglio.

Gas e pressioni di taglio

I gas di processo utilizzabili sono diversi a seconda del procedimento di taglio, così come sono diverse le pressioni esercitate sulla fessura di taglio. I gas di taglio argon e azoto, ad esempio, presentano il vantaggio di non reagire con il metallo fuso nella fessura di taglio. Allo stesso tempo schermano la superficie di taglio dall'area circostante.

  

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