Sono due i metodi di taglio della lamiera adottati industrialmente: il taglio al plasma e il taglio laser. Il taglio al plasma risale agli anni \u201850, quando fu sviluppato come alternativa al taglio alla fiamma: utilizza un getto di gas surriscaldato ed elettricamente ionizzato, il plasma, emesso da un ugello ad alta velocit\u00e0 verso il pezzo da tagliare. All\u2019interno del gas si forma un arco elettrico che ionizza parte del gas, creando un canale di plasma elettricamente conduttivo. Quando l\u2019elettricit\u00e0 della cosiddetta torcia da taglio viaggia lungo questo plasma, si genera un calore sufficiente a fondere il pezzo. Contestualmente il plasma e il gas compresso soffiano via il metallo fuso caldo, provocando la separazione del pezzo. L\u2019idea di usare il laser come utensile \u00e8 nata insieme al laser negli anni \u201860: insieme alla famosa definizione di \u201cuna soluzione alla ricerca di problemi da risolvere\u201d ed all\u2019utilizzo cinematografico in Agente 007 – Missione Goldfinger venne usato come metodo per tagliare i fori nelle matrici di diamante. Il taglio laser \u00e8 anch\u2019esso un processo termico che utilizza un raggio laser ad alta potenza controllato da un CNC e supportato da ossigeno, azoto o aria compressa, per fondere\/vaporizzare e quindi espellere il materiale da tagliare. Il fascio laser viene emesso dalla sorgente laser e quindi trasportato attraverso un\u2019apposita linea di fascio (costituita da diversi specchi o da un cavo in fibra ottica) fino all\u2019ottica di taglio (o testa di taglio) contenente le lenti che focalizzano il fascio sulla superficie del materiale da tagliare (e perforare). Esistono due macrocategorie di sorgenti laser, quelli a CO2<\/sub> che lavorano a una lunghezza d\u2019onda di 10,6 \u00b5m e quelli a stato solido che operano intorno a 1 \u00b5m (comprendendo sia le sorgenti a disco sottile che quelle a fibra). I laser a CO2<\/sub> sono pi\u00f9 economici ma non possono tagliare il rame, l\u2019ottone e l\u2019alluminio perch\u00e9 tali materiali sono riflettenti alla lunghezza d\u2019onda del laser. I laser a stato solido, oltre a una maggiore efficienza energetica e una pi\u00f9 ampia variet\u00e0 di materiali tagliabili, presentano il vantaggio principale di una velocit\u00e0 di lavorazione\/alimentazione molto pi\u00f9 elevata (grazie alla maggiore efficienza assorbimento nei materiali ferrosi alla lunghezza d\u2019onda di 1 \u00b5m rispetto a quella di 10 \u00b5m).<\/p>\n\n\n\n Ciascun metodo di taglio, a plasma o laser, \u00e8 caratterizzato da determinate propriet\u00e0 e vantaggi che lo rendono pi\u00f9 adatto dell\u2019altro a seconda della specifica applicazione. Per orientarci meglio abbiamo riassunto le differenze principali tra il taglio laser e il taglio al plasma nella tabella 1<\/strong>. Come mostra la tabella 1, il taglio laser presenta diversi vantaggi rispetto al taglio al plasma. Il primo \u00e8 che il taglio laser pu\u00f2 essere utilizzato in tutti i materiali comuni nella lavorazione industriale, dall\u2019acciaio all\u2019alluminio, all\u2019acciaio inossidabile e alle lamiere non ferrose, fino ai materiali non metallici come plastica, vetro, legno o ceramica. In secondo luogo, vi \u00e8 una libert\u00e0 di contorno molto maggiore in quanto il fascio laser a fascio riscalda il materiale in maniera pi\u00f9 localizzata inducendo minori sollecitazioni termiche: di fatto il taglio \u00e8 appena pi\u00f9 largo del raggio laser stesso ed \u00e8 possibile tagliare senza sbavature i contorni pi\u00f9 complessi. Inoltre il taglio laser \u00e8 estremamente versatile e si pu\u00f2 controllare con precisione la qualit\u00e0 di taglio anche su geometrie e materiali complessi: sono innumerevoli le applicazioni di micro-lavorazioni dove, grazie all\u2019adozione di impulsi ultracorti, il materiale viene vaporizzato cos\u00ec rapidamente che l\u2019influenza del calore non pu\u00f2 essere rilevata. Tutte queste caratteristiche hanno permesso l\u2019estensione del taglio laser oltre la carpenteria metallica, in settori quali quello medicale (es. taglio si stents metalli e non) oppure dell\u2019elettronica di consumo (come i vetri temprati dei display dei nostri telefoni cellulari).\u2003<\/p>\n\n\n I primi dispositivi laser commerciali, apparsi sul mercato alla fine degli anni \u201880, utilizzavano uno schema di pompaggio con diodo monomodale che emetteva solo poche decine di milliwatt. Per molte applicazioni laser, tuttavia, erano necessari molta pi\u00f9 potenza ottica (decine\/centinaia di Watt piuttosto che milliwatt). Il primo passo in tale direzione avvenne intorno al 1990 con l\u2019introduzione di un laser in fibra drogata con erbio da 4 W, che gett\u00f2 le basi per i futuri sviluppi avvenuti negli anni \u201990, l\u2019epoca d\u2019oro dello sviluppo delle sorgenti a fibra, che portarono a laser in fibra monomodale da dieci watt e oltre, adatti alla microlavorazione e i primi veri laser in fibra ad alta potenza. <\/p>\n\n\n\n Il mercato ha poi visto l\u2019arrivo di altri laser di potenza sempre maggiore in grado di tagliare in grandi volumi e, all\u2019inizio degli anni 2000, il taglio laser in fibra \u00e8 stato introdotto nel mercato della lamiera. Nel 2008 sono stati introdotti i primi laser in fibra per il taglio di metalli riflettenti, quali alluminio, ottone, rame e acciaio zincato. <\/p>\n\n\n\n Nel 2020, il mercato globale delle macchine per il taglio laser era stimato a 4,3 miliardi di dollari e si prevedeva che avrebbe raggiunto i 7,3 miliardi di dollari entro il 2027, con un tasso di crescita dell\u20198% (fonte: Laser Cutting Machines – Global Market Trajectory & Analytics, Research and Markets, 2021). I principali fattori trainanti del mercato sono stati la crescente domanda di tecnologie altamente efficienti e precise, in grado di produrre finiture uniformi, nonch\u00e9 la richiesta di alte velocit\u00e0 di lavorazione e di una tecnologia di facile programmazione da parte di vari settori manifatturieri, quali la difesa, l\u2019elettronica di consumo e l\u2019automotive.<\/p>\n\n\n\n Come spiega Martino Burlamacchi, presidente del gruppo italiano Cutlite Penta, azienda che sviluppa e produce sistemi completi di taglio con laser a fibra e CO2, la disponibilit\u00e0 di sorgenti laser a fibra ad altissima potenza ha migliorato notevolmente la tecnologia di taglio laser e il posizionamento competitivo dei laser rispetto al taglio meccanico e al plasma. Dal 2021, l\u2019azienda ha installato pi\u00f9 di 250 macchine per il taglio laser di potenza superiore a 20kW, grazie a diversi brevetti applicati alle teste di taglio e alle soluzioni CNC. Di conseguenza, la velocit\u00e0 di taglio laser su materiali di spessore 20-50 mm \u00e8 ora fino a 3 volte superiore a quella del plasma, rendendo il laser pi\u00f9 veloce, pi\u00f9 economico, pi\u00f9 preciso, pi\u00f9 efficiente e pi\u00f9 sostenibile rispetto alle tecnologie della concorrenza (Figura 1<\/strong>). Inoltre, sono stati aperti nuovi mercati per il taglio laser ad alta potenza, come le strutture in acciaio, i cantieri navali e i macchinari da costruzione. Come sottolinea Martino Burlamacchi, sostituire il plasma con il laser non \u00e8 solo interessante dal punto di vista strettamente tecnologico ed economico ma \u00e8 rivoluzionario in termini di sostenibilit\u00e0 ambientale perch\u00e9 il risparmio combinato di materiale e di elettricit\u00e0 promette un consistente risparmio delle emissioni di CO2<\/sub>.<\/p>\n\n\n\n Eyal Shekel, CEO di Civan Lasers, un produttore di laser in fibra ad alta potenza con sede a Gerusalemme, concorda con l\u2019opinione che l\u2019altissima potenza stia aprendo nuove opportunit\u00e0 nei mercati che utilizzano metodi alternativi al plasma. Come spiega, una delle nuove possibilit\u00e0 \u00e8 l\u2019utilizzo di un laser monomodale da 100 kW per tagliare e saldare metalli molto spessi, a partire da 50 mm. Un laser cos\u00ec potente, con diametro del fascio regolabile, consente di utilizzare un solo laser e una sola macchina per entrambe le applicazioni, riducendo le fasi di produzione e quindi i costi di produzione (Figure 2<\/strong> e 3<\/strong>). Markus Kogel-Hollacher, responsabile della ricerca e sviluppo di PRECITEC, leader mondiale delle teste di taglio laser, sottolinea l\u2019importanza del rapporto tra produttivit\u00e0 ed elementi ottici del laser. Sebbene sia vero che esiste una dipendenza quasi lineare tra la potenza del laser e la produttivit\u00e0, almeno nella gamma di potenza fino a 30 kW, a queste potenze il comportamento delle teste di taglio laser diventa determinante, in quanto devono essere in grado di funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con una qualit\u00e0 di taglio costante garantita per tutta la produzione. Per questo motivo, PRECITEC ha studiato il comportamento degli elementi ottici e ha perfezionato l\u2019affidabile ProCutter 2.0 per potenze laser di 30 kW (vedi Figura 4<\/strong>). \u00c8 compatibile con tutte le sorgenti laser e offre una NA pi\u00f9 elevata di 0,18. \u00c8 supercompatto, leggero e altrettanto adatto al taglio obliquo. La testa di taglio funziona automaticamente e con stabilit\u00e0 a lungo termine fino a 30 kW di potenza laser grazie al suo sofisticato concetto di raffreddamento, ai sensori integrati e all\u2019ampio intervallo di regolazione. Sono molteplici gli elementi che concorrono all\u2019espansione del taglio laser ad altissima potenza e, come evidenzia Andrea Brinciotti, Direttore generale di LaserPoint, la misura delle potenze dell\u2019ordine di decine di kW non \u00e8 da sottovalutare. A questi livelli di potenza occorrono sensori con soglia di danneggiamento particolarmente elevata (si parla di 20 kW\/cm2<\/sup>), che non solo devono resistere a potenze assolute elevate, ma anche a densit\u00e0 di potenza rilevanti, specialmente in presenza di fasci laser particolarmente focalizzati. Tenendo conto delle diverse necessit\u00e0 dei produttori di sistemi di taglio laser, dalle fasi di qualifica delle sorgenti laser fino alle operazioni di installazione e manutenzione, LaserPoint ha sviluppato uno strumento che, grazie ad un processo di misura che richiede un\u2019esposizione al fascio laser di meno di un secondo, non necessita di raffreddamento ad acqua e risulta quindi compatto e facilmente trasportabile (Figura 5<\/strong>).<\/p>\n\n\n\n In questa breve rassegna dell\u2019attuale mercato del taglio laser, abbiamo visto che l\u2019aumento della potenza dei laser in fibra ha migliorato notevolmente la versatilit\u00e0 e la produttivit\u00e0 della tecnologia di taglio laser e il posizionamento competitivo dei laser rispetto al taglio meccanico e al plasma. Tuttavia, il rapporto tra potenza e produttivit\u00e0 non \u00e8 cos\u00ec semplice come potrebbe sembrare. In primo luogo, la potenza grezza si \u00e8 dimostrata meno utile per le lamiere sottili e gli acciai spessi, dove altri miglioramenti tecnologici, in particolare la sagomatura del fascio, hanno dimostrato di avere un effetto maggiore sui progressi in termini di velocit\u00e0 e qualit\u00e0. In secondo luogo, l\u2019alta potenza pu\u00f2 essere utilizzata in modo economicamente ed ecologicamente sostenibile solo con spessori di lamiera favorevoli a velocit\u00e0 di taglio che possono essere convertite in tempi di lavorazione significativamente pi\u00f9 brevi per i pezzi o le lamiere; in terzo luogo, le gamme di potenza fino a 30 kW richiedono componenti ottici affidabili, in particolare teste di taglio in grado di garantire una qualit\u00e0 di taglio costante per un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Al giorno d\u2019oggi la quota\u00a0di mercato relativo al taglio laser \u00e8 ancora la maggiore rispetto alle diverse applicazioni industriali.<\/p>\n","protected":false},"author":7,"featured_media":3093,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[1302,512,678,205],"class_list":["post-3092","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia","tag-altissima-potenza","tag-epic","tag-lamiera","tag-laser"],"yoast_head":"\nI plus del taglio laser<\/h3>\n\n\n\n
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Laser a stato solido<\/h3>\n\n\n\n
Stato attuale del mercato <\/h3>\n\n\n\n
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Michael Hepp, Product Line Manager – Cutting di nLight, fornitore statunitense di laser in fibra ad alta potenza, conferma che i laser in fibra ad alta potenza hanno dimostrato sul campo aumenti di produttivit\u00e0 davvero impressionanti per il taglio di metalli con spessori compresi tra 5 e 20 mm assistiti da azoto mentre, sulla base della sua esperienza diretta, la pura potenza laser si \u00e8 dimostrata meno utile per le lamiere sottili, dove altre caratteristiche dell\u2019utensile limitano la velocit\u00e0, e per l\u2019acciaio spesso, dove si utilizza l\u2019assistenza dell\u2019ossigeno. In questi casi, altri miglioramenti tecnologici, in particolare la formatura del fascio, hanno consentito progressi significativi in termini di velocit\u00e0 e qualit\u00e0. Di conseguenza, a suo avviso, la potenza del laser \u00e8 un parametro incompleto per misurare la produttivit\u00e0 dell\u2019utensile, in particolare in un\u2019officina che richiede flessibilit\u00e0 nel materiale e nello spessore. Pertanto, chi acquista un utensile deve capire quali sono i parametri che consentono di ottenere gli incrementi di produttivit\u00e0 pi\u00f9 importanti per l\u2019azienda e investire in questi parametri.
Anche Hendrik Meidert, Senior Product Manager TruLaser di TRUMPF, ha lanciato una nota di cautela sui limiti delle sole potenze elevate. Egli sottolinea che, sebbene potenze laser di 30 kW o pi\u00f9 possano aumentare ulteriormente la produttivit\u00e0 del taglio laser, in particolare con il taglio per fusione, e abbiano il potenziale per sostituire altri metodi di lavorazione con lamiere spesse, possono essere utilizzate in modo economicamente ed ecologicamente sostenibile solo con spessori di lamiera per i quali le alte velocit\u00e0 di taglio possono anche essere convertite in tempi di lavorazione significativamente pi\u00f9 brevi per pezzi o lamiere. Ci\u00f2 dipende dal mix di pezzi e materiali dell\u2019utente e, inoltre, la macchina deve avere un elevato tasso di utilizzo per ridurre i costi dei pezzi. Ci\u00f2 richiede a sua volta componenti meccanici e ottici adeguati, nonch\u00e9 funzioni per aumentare l\u2019autonomia. L\u2019utente deve anche adottare misure organizzative per garantire un\u2019alimentazione regolare del materiale e il prelievo dei pezzi finiti, in modo che non si verifichino colli di bottiglia. Per questi motivi e a causa della diminuzione dei vantaggi marginali dei laser ad altissima potenza, TRUMPF ritiene che le potenze laser tra 6 e 25 kW rimarranno ottimali per molte applicazioni.<\/p>\n\n\n\nConclusioni<\/h3>\n\n\n\n