I laser sono stati utilizzati per la prima volta per il taglio negli anni '70. Nella moderna produzione industriale, il taglio laser trova largo impiego nella lavorazione di lamiere, plastica, vetro, ceramica, semiconduttori, tessuti, legno e carta.
Nei prossimi anni anche l'applicazione del taglio laser nel campo delle lavorazioni meccaniche di precisione e delle microlavorazioni registrerà una crescita sostanziale.
taglio laser
Quando un raggio laser focalizzato viene proiettato su un pezzo, l'area irradiata si riscalda notevolmente per fondere o vaporizzare il materiale. Non appena il raggio laser penetra nel pezzo, inizia il processo di taglio: il raggio laser si sposta lungo il contorno mentre fonde il materiale. Di solito viene utilizzato un getto d'aria per soffiare via la fusione dal taglio, lasciando uno stretto spazio tra la parte tagliata e il supporto della lastra, largo quasi quanto il raggio laser focalizzato.
Taglia fuoco
Il taglio con ossigeno è un processo standard per tagliare l'acciaio dolce utilizzando l'ossigeno come gas di taglio. L'ossigeno pressurizzato fino a 6 bar viene insufflato nell'incisione. Lì, il metallo riscaldato reagisce con l'ossigeno: iniziano la combustione e l'ossidazione. La reazione chimica rilascia una grande quantità di energia (fino a cinque volte la potenza del laser) per assistere il raggio laser nel taglio.
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Figura 1 Il raggio laser fonde il pezzo e il gas di taglio soffia via il materiale fuso e le scorie nell'incisione
Taglio a fusione
Il taglio per fusione è un altro processo standard utilizzato per il taglio del metallo. Può essere utilizzato anche per tagliare altri materiali fusibili come la ceramica.
L'azoto o l'argon viene utilizzato come gas di taglio e il gas con una pressione di 2-20 bar viene soffiato attraverso l'incisione. L'argon e l'azoto sono gas inerti, il che significa che non reagiscono con il metallo fuso nell'incisione, ma lo soffiano via verso il fondo. Allo stesso tempo, il gas inerte può proteggere il tagliente dall'ossidazione dell'aria.
taglio ad aria compressa
L'aria compressa può essere utilizzata anche per tagliare lamiere sottili. L'aria pressurizzata a 5-6 bar è sufficiente per espellere il metallo fuso dal taglio. Poiché l'aria contiene quasi l'80% di azoto, il taglio ad aria compressa è fondamentalmente un taglio per fusione.
taglio assistito da plasma
Se i parametri vengono scelti correttamente, una nuvola di plasma apparirà nel taglio di taglio della fusione assistita da plasma. La nuvola di plasma è costituita da vapore metallico ionizzato e gas di taglio ionizzato. La nuvola di plasma assorbe l'energia del laser CO2 e la trasferisce nel pezzo in lavorazione, in modo che più energia sia accoppiata al pezzo in lavorazione e il materiale si sciolga più velocemente, con conseguente maggiore velocità di taglio. Pertanto, questo processo di taglio è anche chiamato taglio al plasma ad alta velocità.
Le nuvole di plasma sono praticamente trasparenti ai laser a stato solido, quindi solo i laser a CO2 possono essere utilizzati per il taglio di fusione assistito da plasma.
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taglio di gassificazione
Il taglio a gassificazione fa evaporare il materiale, riducendo al minimo l'effetto termico sui materiali circostanti. Ciò può essere ottenuto mediante l'evaporazione di materiali a basso calore e ad alto assorbimento come sottili pellicole di plastica e materiali non fondenti come legno, carta, schiuma, ecc., utilizzando la lavorazione laser CO2 continua.
I laser a impulsi ultracorti consentono di applicare questa tecnica ad altri materiali. Gli elettroni liberi nel metallo assorbono la luce laser e si riscaldano violentemente. Gli impulsi laser non reagiscono con le particelle fuse e il plasma e il materiale si sublima direttamente, non dando il tempo di trasferire energia sotto forma di calore ai materiali circostanti. Gli impulsi di picosecondi asportano il materiale senza significativi effetti termici, fusione e formazione di bave.
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Figura 3 Taglio con gassificazione: il laser vaporizza e brucia il materiale. La pressione del vapore fa fuoriuscire le scorie dall'incisione
Parametri: regolazione del processo di lavorazione
Molti parametri influenzano il processo di taglio laser, alcuni dei quali dipendono dalle prestazioni tecniche del laser e della macchina utensile, mentre altri variano.
grado di polarizzazione
Il grado di polarizzazione indica quale percentuale della luce laser viene convertita. Un tipico grado di polarizzazione è di circa il 90%. Questo è più che sufficiente per un taglio di alta qualità.
diametro focale
Il diametro focale influisce sulla larghezza del taglio e il diametro focale può essere modificato modificando la lunghezza focale dello specchio di messa a fuoco. Un diametro focale più piccolo significa un'incisione più stretta.
posizione di messa a fuoco
La posizione del fuoco determina il diametro del raggio e la densità di potenza sulla superficie del pezzo, nonché la forma dell'incisione.
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Figura 4 Posizione focale: all'interno del pezzo, sulla superficie del pezzo e sopra il pezzo
potenza laser
La potenza del laser deve corrispondere al tipo di lavorazione, al tipo di materiale e allo spessore. La potenza deve essere sufficientemente elevata in modo che la densità di potenza sul pezzo superi la soglia di lavorazione.
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Figura 5 Una maggiore potenza del laser può tagliare materiali più spessi
Modalità operativa
La modalità continua viene utilizzata principalmente per il taglio di profili standard di metallo e plastica in dimensioni da millimetri a centimetri. Per fondere perforazioni o creare contorni precisi, vengono utilizzati laser pulsati a bassa frequenza.
velocità di taglio
La potenza del laser e la velocità di taglio devono corrispondere. Velocità di taglio troppo elevate o troppo lente comportano un aumento della rugosità e della formazione di bave.
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Figura 6 La velocità di taglio diminuisce all'aumentare dello spessore della lamiera
Diametro dell'ugello
Il diametro dell'ugello determina la portata e la forma del flusso di gas dall'ugello. Più spesso è il materiale, maggiore è il diametro del getto di gas e, di conseguenza, il diametro dell'apertura dell'ugello.
Purezza del gas e pressione barometrica
L'ossigeno e l'azoto sono spesso usati come gas da taglio. La purezza e la pressione del gas influenzano l'effetto di taglio.
Quando si taglia con l'ossitaglio, è richiesta una purezza del gas del 99,95%. Più spessa è la piastra d'acciaio, minore è la pressione del gas utilizzata.
Il taglio per fusione con azoto richiede una purezza del gas del 99,995 percento (idealmente 99,999 percento) e sono necessarie pressioni del gas più elevate per il taglio per fusione di lastre di acciaio più spesse.
Scheda tecnica
Agli albori del taglio laser, gli utenti dovevano decidere autonomamente l'impostazione dei parametri di lavorazione attraverso un'operazione di prova. I parametri di lavorazione consolidati sono ora memorizzati nell'unità di controllo del sistema di taglio. Per ogni tipo di materiale e spessore, ci sono dati corrispondenti. La scheda tecnica consente il buon funzionamento delle apparecchiature di taglio laser anche per coloro che non hanno familiarità con questa tecnologia.
Fattori di valutazione della qualità del taglio laser
Ci sono molti criteri per giudicare la qualità di un bordo tagliato al laser. Standard come la forma della bava, la depressione e la consistenza possono essere giudicati ad occhio nudo; la verticalità, la rugosità, la larghezza dell'incisione, ecc., devono essere misurate con appositi strumenti. Anche la deposizione di materiale, la corrosione, la zona interessata dal calore e la deformazione sono fattori importanti per misurare la qualità del taglio laser.
