Il Taglio Laser

Cos’è il taglio laser?

Il taglio laser e’ un processo termico in cui una sorgente di calore (fascio laser) fonde un materiale e un getto di gas (gas di assistenza) lo elimina rapidamente.
Grazie alla elevata precisione di taglio (kerf ridotto) del fascio laser e all’alta purezza dei gas di assistenza impiegati, si ottiene un taglio netto, privo di bave, lucido, a bassissima rugosita’ e di alta precisione geometrica.
Il taglio a laser oggi rappresenta la più diffusa e popolare applicazione in campo industriale e produttivo degli apparati laser definiti “laser di potenza”.

l laser può tagliare molteplici materiali grazie alla grande energia concentrata in un solo punto.
I materiali che possono essere sottoposti a questo tipo di taglio possono essere anche metallici; l’uso più comune è infatti il taglio delle lamiere in acciaio, e dei materiali inorganici come ad esempio il vetro. E’ possibile anche tagliare dei materiali che hanno origine organica come il PVC o il legno.
Con migliaia di impulsi al secondo il laser è in grado di scaldare il materiale al punto di asportarne una parte infinitesimale e quindi tagliarlo.
La velocità con cui si svolge questa operazione fa sì che il materiale non venga danneggiato dal surriscaldamento.
Specie nei tagli di lamiere e lastre di metallo e di notevoli spessori (si pensi ad una lastra di acciaio) il laser è in grado di raggiungere velocità davvero notevoli, difficilmente ottenibili con una macchina di taglio meccanica.

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I vantaggi del taglio a laser sono la possibilità di ottenere bordi di taglio molto stretti perfettamente paralleli, la capacità di mantenere molto ridotta la zona che viene alterata termicamente dalla fusione, la indubbia capacità di poter operare con macchine automatiche su profili di taglio anche molto complessi ed articolati, eseguendo sagome di taglio con raggi di curvatura ridotti.
Inoltre un taglio effettuato con il laser produce un volume di polveri, trucioli e materiali di scarto in pratica nullo. Cosa che rende la pulizia del locale molto più veloce e semplice.
Un’altra caratteristica delle macchine taglio laser rispetto a quelle a taglio meccanico è che hanno un numero minore di parti mobili. Questa caratteristica che di per sé può sembrare irrilevante diventa invece interessante quando si pensa che poche parti mobili significano usura minore e quindi minore necessità di sostituire i pezzi.
La manutenzione di una macchina per il taglio laser è quindi generalmente meno dispendiosa di quella di una macchina meccanica.
Le macchine per il taglio laser automatico, si integrano facilmente anche con altri sistemi produttivi di tipo automatizzato e computerizzato.

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E’ poi da tenere presente che attraverso il laser è possibile ottenere tutta una serie di lavorazioni che anche se non sono vere operazioni di taglio, non di meno ampliano la gamma delle possibilità di impiego di questa tecnologia nell’industria.
Il laser è ad esempio possibile in grado di produrre delle incisioni, su superfici quali il legno, dai contorni e dallo spessore perfetto. In questo modo si può ottenere qualsiasi disegno si desidera in modo veloce e preciso. Altro esempio simile è quello della colorazione di superfici con il laser attraverso la bruciatura di aree delle stesse.

La possibilità di utilizzare il laser per tagliare deriva dalla proprietà del laser stesso di concentrare una grande quantità di luce su una superficie molto piccola.
Il taglio col laser avviene attraverso tre principi: combustione, vaporizzazione e fusione. Per quanto riguarda i metalli il principio al lavoro durante l’operazione di taglio è la fusione.
Nel taglio laser di un metallo succede infatti che il materiale si fonde grazie alla elevata concentrazione di luce che lo colpisce. Il materiale fuso viene poi man mano allontanato da un getto di gas.
La parte di scarto viene poi convogliata, raccolta ed eliminata da appositi dispositivi, in modo che l’operazione non lasci residui di lavorazione nell’ambiente.

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La macchina per il taglio

Il fascio di una macchina taglio laser è focalizzato verso un punto di grandezza di qualche millesimo di millimetro e brucia, fonde o vaporizza il materiale che colpisce.
Il tipo di materiale che può essere tagliato dipende dalla potenza del laser. Un laser da 30 watt, ad esempio, è in grado di tagliare la carta e l’acrilico mentre uno da 10 Kilowatt è in grado di tagliare l’acciaio inossidabile di 3 cm di spessore.
Per controllare il percorso del fascio del laser, è sufficiente creare un file vettoriale e inviarlo alla macchina taglio laser.
Esistono molti programmi in grado di creare questi file, come CorelDRAW, Illustrator o Inkscape, e vi sono anche vari programmi open-source. Una volta che la macchina laser ha il suo percorso è possibile tagliare quello che si desidera, sempre che il laser sia di sufficiente potenza.
Le macchine per il taglio laser industriale sono presenti sul mercato già da diversi anni, ma negli ultimi tempi i loro prezzi sono diventati più abbordabili.
Vi sono ad esempio macchine per il taglio laser che si aggirano sui 7000 Euro.
Forse non abbastanza a buon mercato per chi dovrebbe usarla per hobby, ma sicuramente alla portata di una piccola impresa. Per questo molte piccole aziende e anche qualche artigiano stanno investendo in questa tecnologia.
In rete esistono addirittura dei siti che permettono di ottenere i propri pezzi tagliati al laser anche a chi non è in possesso di una macchina laser. E’ sufficiente inviare un file con il tracciato di taglio e scegliere un materiale, e l’azienda proprietaria del sito provvederà ad effettuare il taglio e poi ad inviare i pezzi finiti a chi li ha commissionati.
Oltre il taglio vero e proprio, un fascio laser può anche incidere o “colorare” attraverso la bruciatura diversi materiali.
Il laser è ad esempio in grado di bruciare una immagine sulla superficie di un materiale linea per linea. L’effetto così ottenuto è differente a seconda del tipo di materiale.
Con i materiali acrilici, l’area incisa può risultare di aspetto satinato, mentre con il legno si può ottenere una incisione dai contorni perfetti di profondità di qualche millimetro e di disegno a piacere. Con l’alluminio anodizzato si può invece ottenere un effetto di maggiore o minore luminosità della superficie a seconda dell’angolo sotto il quale la si guarda.
Da tutto questo è facile vedere come il taglio laser permette di passare velocemente dall’idea alla realtà in molti differenti modi. Modi che, man mano che tale tecnologia diffondendosi diventerà più economica e conosciuta, saranno sempre più alla portata di un maggior numero di aziende e persone.
Ci sono alcune caratteristiche essenziali che devono essere tenute a mente da chi si accinge a scegliere una macchina per il taglio laser.
La principale è probabilmente la potenza del laser, che è anche uno dei parametri che incidono maggiormente sul costo della macchina laser. Essenzialmente più il laser è potente e maggiore è lo spessore del materiale che può essere tagliato. Più precisamente maggiore è la potenza a disposizione, più velocemente si sarà in grado di effettuare un certo lavoro.
Sempre connessa con la potenza c’è la questione che non tutte le macchine sono in grado di tagliare i medesimi materiali. Generalmente le macchine con potenze inferiori sono dedicate a materiali meno duri, quali carta o stoffa. Le macchine taglio laser più potenti sono invece utilizzate per il taglio di metalli. Riguardo a questo punto c’è anche da tenere presente che non sempre un metallo meno duro e resistente è più facile da tagliare.
La facilità nel taglio è infatti connessa anche ad altri parametri quali la velocità a cui il materiale scambia calore o l’indice di riflessione del metallo. Riguardo a questo si pensi che l’acciaio risulta più facile da tagliare con il laser rispetto all’alluminio, benché questo sia sicuramente meno resistente del primo.

Un’altra caratteristica importante è la superficie dell’area di lavoro. Questo parametro può variare di molto e dipende dal tipo di uso a cui la macchina è destinata. Solitamente le macchine con are maggiore, che in media si aggira sui quattro/cinque metri quadri, sono quelle utilizzate nel taglio delle lamiere. Macchine con superfici ben minori possono essere comunque utilizzate per il taglio di pezzi molto spessi o resistenti ma di superficie molto più contenuta. Questo anche per dire che non sempre la potenza maggiore è connessa con più ampie superfici di lavoro.
Oltre questi vi sono poi una serie di altri parametri da sottoporre ad attenta considerazione in fase di decisine di acquisto. Per mancanza di spazio elenchiamo qui solo i più importanti: ampiezza di movimento sull’asse Z (asse verticale), velocità di intercambiabilità della testa di taglio, possibilità di interfacciamento con software e hardware, sistemi di convogliamento degli scarti del taglio, costo manutenzione.
Per quanto riguarda i movimenti del laser rispetto al pezzo su cui si lavora, le macchine di taglio al laser sono generalmente di tre tipi principali: a movimento del pezzo, ibride e a movimento della testa laser. Gli assi di spostamento orizzontale vengono denominati X e Y. Quando esiste la possibilità di uno spostamento verticale il relativo asse è denominato Z.

Le macchine a movimento del pezzo hanno la caratteristica di tenere ferma la testa del laser e di muovere invece il pezzo sui cui il laser sta lavorando. Questa soluzione presenta il vantaggio di richiedere delle ottiche meno complesse e inoltre presenta un unico punto in cui raccogliere e rimuovere i residui del taglio. I due svantaggi principali stanno invece nella maggiore lentezza che un sistema del genere comporta e nella maggiore limitatezza della superficie di taglio. Tali svantaggi sono dovuti al fatto che i pezzi su cui si lavora sono generalmente ben maggiori delle teste di taglio, e muovere questi comporta quindi delle maggiori difficoltà e inoltre richiede spazi di esercizio più ampi. Per questo tale soluzione non viene solitamente adottata per macchine al laser che lavorano su vaste superfici.

Le macchine a movimento ibrido presentano invece un braccio principale che si muove solitamente lungo l’asse orizzontale. Su tale braccio si trova la testa del laser che si muove invece su di esso lungo l’asse verticale. Il funzionamento è quindi simile a quello della maggioranza dei plotter utilizzati nella grafica industriale. Questa soluzione permette dei movimenti del fascio di luce più costanti e una semplicità costruttiva maggiore, oltre che richiedere per l’operatività degli meno ampi e offrire uno sfruttamento migliore della potenza disponibile rispetto alla soluzione delle macchine a movimento della testa.

L’ultima soluzione vede invece la testa del laser muoversi in entrambe le direzioni sul pezzo mantenuto fermo. In questo modo la massa in movimento è sempre costante e indipendente dalle dimensioni del pezzo su cui si lavora. Le macchine di questo tipo sono le più veloci, caratteristica questa che risulta importante quando la lastra che viene tagliata e di piccolo spessore. Il motivo è che più lo spessore è piccolo, meno tempo il laser impiega per fondere il materiale e tagliarlo. Con spessori piccoli il laser ha quindi bisogno di poco tempo per effettuare il taglio e la testa può quindi procedere a maggiori velocità. Bisogna comunque aggiungere che le macchine di questo tipo sono quelle che tendono ad avere le ottiche più complesse dovute anche al fatto di dover tenere conto della variazione di grandezza del fascio tra quando la testa si trova vicino al punto di taglio e quando invece questa distanza è maggiore.

Sempre riguardo al movimento del fascio laser, rimane da aggiungere che esistono macchine che utilizzano anche cinque o sei assi di movimento. Tali macchine, comunque meno utilizzate delle precedenti, offrono delle possibilità maggiori e permettono ad esempio una lavorazione più facile di pezzi tridimensionali e di forme complesse.

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