Coherent lancia CUT20, testa di taglio 2D per laser a fibra CW da 4 a 20 kW, progettata per trasformare la potenza laser in produttività reale. Ottica con ingrandimento selezionabile e campo di messa a fuoco regolabile, sensoristica integrata compatibile con Ethercat, Profinet ed Ethernet/IP, e un design orientato alla manutenibilità garantiscono flessibilità e disponibilità della macchina nel tempo. Test su alluminio 5754 fino a 20 kW confermano le prestazioni su spessori da 15 a 40 mm.
Una maggiore potenza del laser non si traduce automaticamente in una maggiore produttività. La testa di taglio deve convertire tale potenza in un processo stabile e ripetibile sul pezzo. Ciò la rende un sottosistema fondamentale per la produttività, in grado di influenzare la qualità del taglio, la produttività, la disponibilità della macchina e il costo per pezzo. Il modello CUT20 di Coherent è stato progettato proprio per affrontare questa sfida, integrando il taglio 2D ad alta potenza da 4 a 20 kW in una piattaforma pensata per la produzione reale.
In un moderno sistema per la lavorazione della lamiera, la sorgente laser, la testa di taglio, la piattaforma di movimento, le attrezzature di caricamento e l’automazione operano come un unico processo. Un investimento in una maggiore potenza laser offre valore solo quando il sistema è in grado di trasformare tale potenza in pezzi utilizzabili, in modo costante e alla velocità di produzione. Posizionata tra la sorgente del raggio e il pezzo da lavorare, la testa di taglio deve combinare precisione ottica, stabilità termica, sensori e robustezza meccanica.
Per i costruttori di macchine, si tratta di una scelta di piattaforma. Un’architettura flessibile della testa dovrebbe supportare diverse potenze laser, materiali e livelli di automazione senza richiedere una nuova interfaccia per ogni variante di macchina. Per gli utenti finali, il metro di misura del successo è chiaro: tempi di ciclo più brevi, qualità riproducibile e meno interruzioni.
CUT20 è progettato per il taglio 2D con laser a fibra in onda continua (CW) da 4 a 20 kW. Supporta le attuali applicazioni ad alta potenza, offrendo al contempo ai costruttori di macchine una piattaforma in grado di adattarsi ai livelli di potenza futuri. Con un’apertura numerica massima di 0,15, l’ottica è progettata per generare il punto focale necessario per un taglio veloce e preciso. L’ottica supporta sia i laser a fascio standard che i laser a fibra con modellazione del fascio. L’ingrandimento selezionabile 2x, 3x o 4x consente agli utenti di adattare le dimensioni del punto e la finestra di lavorazione al lavoro da eseguire. È quindi possibile lavorare lamiere sottili, sezioni più spesse, materiali difficili e diverse strategie di lavorazione utilizzando un’unica piattaforma comune per la testa di taglio.
Messa a fuoco e zoom: controllare il processo
Le caratteristiche ottiche più utili sono quelle che ampliano la finestra di lavorazione senza aggiungere complessità. Una testa di taglio ad alte prestazioni deve fornire le variabili di regolazione necessarie per i diversi materiali e spessori, integrarsi perfettamente nell’architettura della macchina e rimanere accessibile per la manutenzione per tutta la durata di produzione. Una distanza stabile tra l’ugello e il pezzo è fondamentale per un taglio riproducibile, ma la posizione del piano focale all’interno del materiale è altrettanto importante. CUT20 combina l’autofocus con un piano focale regolabile e un campo di messa a fuoco compreso tra -60 e +60 mm, offrendo all’ingegnere di processo OEM un ampio margine per ottimizzare le diverse condizioni di taglio.
L’ingrandimento regolabile in modo indipendente aggiunge una seconda variabile di processo. La configurazione ottica può essere adattata all’attività senza cambiare la testa di taglio. Un ingrandimento inferiore, tipicamente M:2, supporta la lavorazione ad alta velocità di lamiere sottili, mentre un ingrandimento superiore, tipicamente M:4, può supportare sezioni più spesse e materiali più impegnativi.
CUT20 estende il ruolo della testa di taglio oltre l’erogazione del fascio. Il suo design multisensore integrato è predisposto per applicazioni di macchine connesse e IoT. Il rilevamento dell’altezza può essere implementato internamente, con il segnale di distanza fornito tramite EtherCAT, oppure esternamente tramite un connettore SMA collegato a un preamplificatore. Il sistema di controllo della macchina ha quindi accesso diretto alle informazioni fondamentali per il processo di taglio. Il mantenimento della distanza di lavoro favorisce la stabilità del processo e la prevenzione delle collisioni, mentre i dati dei sensori possono alimentare le routine di diagnostica e manutenzione. Il risultato è una visione più chiara del comportamento della macchina e una risoluzione dei problemi più mirata.
EtherCAT è integrato direttamente in CUT20 come bus di campo, consentendo la comunicazione con il sistema di controllo della macchina senza un modulo di interfaccia separato. PROFINET ed Ethernet/IP sono disponibili come configurazioni opzionali, consentendo alla stessa piattaforma di testa di adattarsi a diverse architetture di macchina. Il design meccanico supporta connessioni a flangia e a cambio rapido. I ricevitori in fibra compatibili includono QF, LOE.x, QBH, QD e, opzionalmente, HLC16 secondo la scheda tecnica. CUT20 può quindi essere integrato in macchine da taglio standard autonome o in linee di produzione in rete altamente automatizzate.
La disponibilità parte dalla testa di taglio
In produzione, la velocità di taglio è solo una parte dell’equazione della produttività. Interruzioni impreviste, sostituzioni di componenti complessi e punti di manutenzione inaccessibili aumentano tutti il costo per pezzo. La disponibilità deve quindi essere integrata nella progettazione della testa di taglio sin dall’inizio. La facilità di manutenzione garantisce inoltre la disponibilità della macchina. Il modello CUT20 è progettato per garantire un elevato grado di facilità di manutenzione e assistenza sul campo. In combinazione con la rete globale di assistenza e ricambi di Coherent, ciò garantisce il supporto della macchina per tutto il suo ciclo di vita, non solo il giorno dell’installazione. Procedure di manutenzione standardizzate e interventi di assistenza sul campo possono contribuire a ridurre l’impatto della sostituzione dei componenti ed evitare tempi di fermo inutilmente lunghi.
CUT20 è raffreddato ad acqua, con le aree di circolazione dell’acqua separate dal vano ottico. È richiesta una portata superiore a 1,5 l/min a una pressione inferiore a 0,6 MPa, con una temperatura dell’acqua di raffreddamento compresa tra +15 e +40 °C. È essenziale evitare il punto di rugiada. A potenze continue fino a 20 kW, il raffreddamento controllato aiuta a mantenere le condizioni ottiche e meccaniche entro i limiti specificati.
L’intervallo generale di temperatura ambiente/di funzionamento della testa va da +5 a +55 °C. Progettato per lunghezze d’onda centrali di 1070 ±15 nm, CUT20 ha un’altezza complessiva compresa tra 385 e 450 mm a seconda del connettore per fibra selezionato. Con un peso di circa 7 kg, è abbastanza compatto e leggero da sopportare accelerazioni elevate e altezze ridotte della macchina.
Sfruttare 20 kW su un foglio di alluminio spesso
I materiali spessi e riflettenti rappresentano una prova impegnativa per l’intero sistema di trasmissione del raggio e di lavorazione. Test supplementari hanno valutato l’alluminio 5754 – un materiale utilizzato nei settori automobilistico, marittimo e nella costruzione di container – con CUT20 e una potenza laser di 20 kW. Sono stati esaminati spessori compresi tra 15 e 40 mm; qui sono riportati i risultati relativi a 30 e 40 mm.
Esempio di parametri di taglio
In tutti i casi sono stati utilizzati un ingrandimento di 4 e una distanza di lavoro di 0,3 mm. La velocità di taglio era di 2.000 mm/min a 15 mm, 1.500 mm/min a 20 mm, 700 mm/min a 30 mm e 400 mm/min a 40 mm. La posizione del fuoco era di -9 mm per le sezioni più sottili e di +6 mm per le due sezioni più spesse; la pressione del gas era compresa tra 15 e 17 bar. Questi valori illustrano il compromesso di processo nei materiali riflettenti spessi: all’aumentare dello spessore, la velocità di avanzamento diminuisce, mentre la posizione del fuoco e la finestra di processo devono essere adattate al taglio che si sta formando. CUT20 fornisce le variabili ottiche e la piattaforma ad alta potenza necessarie per rendere pratico tale adattamento.
Il bordo di taglio e la struttura del materiale nella zona inferiore dimostrano quanto la qualità del risultato dipenda dal coordinamento tra l’erogazione del fascio, la posizione del fuoco, il flusso di gas e la velocità di avanzamento. Per estendere i risultati ad altre leghe di alluminio, configurazioni delle macchine o gas di processo, è necessario procedere a una parametrizzazione e a una validazione specifiche.
Piercing: è importante iniziare con cautela
Per i materiali spessi, la produttività inizia prima del primo taglio continuo. La perforazione deve essere controllata e ripetibile, in modo che la macchina possa passare al taglio senza compromettere il pezzo o il processo. I test mostrano come la potenza del laser, la frequenza degli impulsi, la larghezza degli impulsi, l’ingrandimento, la posizione del fuoco, la pressione del gas e la distanza di lavoro siano state adattate in modo coordinato per ogni spessore. Per tutti gli spessori sono stati utilizzati una frequenza di 1.000 Hz e una larghezza d’impulso del 60%, mantenendo l’ingrandimento a 2. Con l’aumentare dello spessore, la potenza del laser è passata da 10 kW a 15 mm, a 15 kW a 20 e 30 mm, fino a 20 kW a 40 mm.
La posizione del fuoco è stata regolata da -6 mm a -9 mm fino a -14 mm, mentre la pressione del gas è aumentata da 6 a 12 bar. Una perforazione stabile fornisce alla macchina un punto di partenza affidabile per il taglio continuo e una qualità riproducibile dei pezzi. Le immagini rendono visibile il risultato del processo. Con la lega di alluminio mostrata, è stato facile rimuovere il materiale espulso che si era depositato, e il foro di ingresso era più stretto rispetto alla larghezza del taglio selezionata. Ciò ha permesso di omettere la sezione di avvio e di posizionare la perforazione direttamente sul contorno del componente.
CUT20 combina una potenza laser fino a 20 kW con ottiche variabili, sensori integrati, comunicazione industriale e un design che ne consente la manutenzione sul campo. Il suo valore non risiede semplicemente in una potenza nominale più elevata, ma nella capacità di trasformare tale potenza in una produttività ripetibile, un’elevata disponibilità della macchina e costi di ciclo di vita ridotti, offrendo ai costruttori di macchine utensili una piattaforma flessibile e ben integrata che semplifica lo sviluppo, la messa in servizio e l’assistenza delle macchine, aiutandoli al contempo a garantire la produttività e l’affidabilità richieste dai loro utenti finali.
perforazione con percorso di
avvicinamento (vista dall’alto).
