Taglio laser | TRUMPF

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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

Varietà di materiali

Tutti i materiali di uso più comune nella lavorazione industriale, dall'acciaio all'alluminio, all'acciaio inox e alle lamiere colorate, fino a materiali non metallici, come materiali plastici, vetro, legno o ceramiche, possono essere tagliati con il laser in modo sicuro e con risultati di alta qualità. Con questo utensile si possono tagliare lamiere di svariati spessori: da 0,5 fino a oltre 30 millimetri. Questo spettro ampissimo di materiali rende il laser il migliore tra gli utensili da taglio per molte applicazioni nel settore dei metalli e dei non metalli.

Sottile componente in acciaio da costruzione

Libertà di contorno

Il raggio laser racchiuso in un fascio riscalda solo localmente il materiale e la parte restante del pezzo non subisce praticamente nessun carico termico. La fessura di taglio risulta appena più larga del raggio, rendendo così possibile il taglio anche di contorni filigranati complessi, che rimangono lisci e senza tracce di bava. Nella maggior parte dei casi non sono più necessarie lunghe lavorazioni di rifinitura. Grazie alla sua flessibilità, il procedimento di taglio viene utilizzato spesso per lotti di piccole dimensioni, per un'ampia gamma di varianti e nella costruzione di prototipi.

Bordi di taglio di alta qualità con impulsi ultrabrevi

Con i laser a impulsi ultrabrevi, l'evaporazione di quasi tutti i materiali è talmente rapida da rendere quasi impercettibile l'influsso termico, permettendo così di generare bordi di taglio di alta qualità senza intrusione di massa fusa. Per questo motivo i laser sono ottimali per la produzione di oggetti metallici estremamente filigranati, come ad esempio gli stent per la tecnica medicale. Nell'industria dei display, i laser a impulsi ultrabrevi tagliano vetri temprati chimicamente.

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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.

Ottica di focalizzazione: sistemi ottici a specchi e lenti focalizzano il raggio laser sul punto di lavorazione
Raggio laser: il raggio laser colpisce il pezzo e lo riscalda finché non fonde o evapora.
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.
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.
Massa fusa: il raggio laser, ovvero la luce laser a fascio, viene guidato lungo il contorno e fonde localmente il materiale.
Fronte di taglio: la fessura di taglio sul pezzo è appena più larga del raggio laser focalizzato.
Ugello: attraverso l'ugello di taglio il raggio laser e il gas di taglio colpiscono il pezzo.
Direzione di taglio: lo spostamento della testa di taglio o del pezzo in una determinata direzione genera la fessura di taglio.

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.

Taglio laser con miscela di gas

L’impiego di una miscela di azoto e ossigeno per la riduzione delle bave, unita a una maggiore potenza laser, migliora la qualità dei pezzi in acciaio da costruzione e alluminio. Il miglioramento della qualità dei pezzi dipende dal tipo, dalla lega e dalla qualità del materiale, con spessori della lamiera compresi tra sei e dodici millimetri.

Scoprite la versatilità dei diversi procedimenti di taglio

Taglio con fiamma ossidrica

Il procedimento standard per l'acciaio da costruzione.

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Taglio laser per fusione

Il procedimento di taglio per tutti i materiali fondibili

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Taglio per sublimazione

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