Sono tante le tecniche di taglio utilizzate per lavorare i metalli: tra queste, l’utilizzo di taglio laser su metallo è sicuramente una delle più precise, efficienti e sostenibili.
Cos’è un taglio laser
Il laser (acronimo di light amplification by stimulated emission of radiation) è un processo di taglio termico che impiega un fascio di luce concentrato (continuo o pulsato) che, rompendo i legami chimici delle molecole, taglia con precisione superfici metalliche e materiali di varia natura.
Come avviene un taglio laser su metallo
Il taglio laser su metallo è una tipologia di taglio che sfrutta l’elevata precisione ed affidabilità di fasci di luce focalizzati (i laser) per generare calore, vaporizzare o fondere il materiale da lavorare lungo una linea di taglio definita.
Si tratta di un processo interamente automatizzato grazie all’impiego di macchine complesse, composte di strumenti hardware (lente, testa di taglio, sistema di assi, braccio robotizzato e struttura schermata) e componenti software (le cosiddette macchine a controllo numerico, o CNC).
Il taglio pertanto è costantemente monitorato da un computer che traccia schemi specifici per ottenere il taglio più veloce e con il massimo della precisione.
In generale, il processo di taglio laser su metallo coinvolge diverse fasi:
Focalizzazione del raggio laser EM. La radiazione elettromagnetica del laser viene indirizzata sulla superficie del metallo da tagliare tramite una lente per concentrare il raggio e generare calore.
Riscaldamento del metallo. Il calore generato dal raggio laser riscalda rapidamente il metallo sulla linea di taglio, portandolo alla fusione o alla vaporizzazione.
Flusso di gas coassiale. Un flusso di gas coassiale viene fatto uscire da un ugello posto a valle della lente di focalizzazione. Questo gas produce una spinta fluidodinamica sufficientemente intensa da allontanare il metallo fuso, generando il solco di taglio.
Movimento del raggio laser e della lamiera. Il fascio laser e la lamiera vengono movimentati lungo il percorso di taglio desiderato, seguendo gli schemi specifici tracciati dal computer di controllo e lungo gli assi della macchina.
Taglio laser dei metalli: tutte le tipologie di gas
Esistono diverse tipologie di taglio laser su metallo, ecco il vantaggio di ognuna:
Taglio laser a fibra
Il taglio laser con tecnologia a fibra ottica sfrutta un fascio laser più sottile e preciso, ottenuto tramite un processo di amplificazione del raggio generato da un laser seed attraverso apposite fibre di vetro alimentate da diodi di pompaggio. Questo tipo di laser emette radiazioni con lunghezza d’onda di circa 1 μm.
Le caratteristiche distintive del taglio laser a fibra includono una maggiore efficienza rispetto ai laser CO2, la capacità di tagliare materiali come ottone e rame, che solitamente riflettono le lunghezze d’onda dei laser CO2, una velocità superiore e una minore necessità di manutenzione.
Questo metodo è particolarmente vantaggioso per la precisione e la versatilità offerta, adatto per lavorazioni su materiali sottili e per la produzione di componenti complessi come gli ingranaggi delle biciclette. La sua maggiore efficienza ed efficacia lo rendono una scelta preferita in una varietà di applicazioni industriali e artigianali.
- Precisione e la versatilità
Taglio laser CO2
I laser CO2 sono dispositivi basati su gas che utilizzano una miscela di biossido di carbonio eccitato elettricamente come mezzo per generare il raggio laser. Tipicamente, questi laser hanno una lunghezza d’onda di circa 10 μm.
Tra le caratteristiche dei laser CO2 si evidenzia un rendimento relativamente basso, che si attesta generalmente tra il 5% e il 10%. Tuttavia, presentano un’eccellente qualità di taglio anche su lamiere di acciai legati di notevole spessore.
Questi laser sono ampiamente utilizzati in diversi settori industriali e artigianali grazie alla loro capacità di ottenere tagli precisi e di alta qualità su materiali metallici. Nonostante il rendimento non sia dei più elevati, la loro efficacia nel taglio di lamiere spesse li rende una scelta popolare in molte applicazioni.
- Tagli precisi e di alta qualità
Taglio laser a diodo
L’utilizzo del laser a diodo offre numerosi vantaggi, tra cui una maggiore velocità di taglio e un minor consumo energetico rispetto ad altre tecnologie laser.
Il taglio laser con diodo è notevolmente veloce, garantendo una velocità fino al 15% superiore rispetto al laser a fibra. Inoltre, il consumo energetico è ridotto, poiché il rapporto tra la potenza sviluppata e quella utilizzata per il taglio è inferiore del 50% rispetto ad altre tipologie di taglio laser.
Questo tipo di macchina per taglio laser combina i benefici delle tecnologie precedenti, offrendo una maggiore efficienza energetica grazie a un rapporto di conversione del 50%. Il laser a diodo presenta capacità di taglio superiori rispetto ai laser CO2 e supera anche il taglio laser a fibra su materiali riflettenti.
Una caratteristica distintiva del laser a diodo è la sua straordinaria velocità di taglio, che in media supera del 15% quella del laser a fibra. Tuttavia, è importante notare che questo tipo di laser ha un limite di potenza massima di circa 6 kW.
- Maggiore velocità di taglio e un minor consumo energetico
Taglio laser a fiamma (assistito ossigeno)
Il taglio laser a fiamma utilizza gas da taglio ossigeno per generare un processo di ossidazione esotermica, in cui l’energia rilasciata dalla combustione del metallo supporta il processo di taglio. Questo metodo è ideale per la produzione rapida di pezzi.
Durante il taglio laser assistito ossigeno, il gas di processo (O2) reagisce con il metallo in lavorazione, generando ossido metallico e rilasciando energia aggiuntiva per fondere il materiale. Il fascio laser riscalda il materiale per avviare la reazione di ossidazione, che fornisce la maggior parte dell’energia necessaria per la fusione. Questo approccio consente di lavorare su superfici più spesse o a velocità maggiori grazie alla maggiore potenza disponibile. Tuttavia, le parti tagliate possono presentare un sottile strato di ossido metallico e possono essere più irregolari rispetto al taglio con gas inerte.
- Metodo ideale per la produzione rapida di pezzi
Taglio laser a fusione
Nel taglio a fusione, viene utilizzato un gas inerte soffiato nel giunto di taglio per prevenire o ridurre le reazioni con l’ossigeno atmosferico. Questo processo impedisce l’ossidazione del bordo tagliato e del metallo circostante, garantendo la formazione di un bordo di taglio a bassa ossidazione. Questo tipo di taglio è particolarmente vantaggioso per pezzi che non richiedono ulteriori lavorazioni o per applicazioni in cui non si desidera alcuna alterazione del materiale.
Quando il gas utilizzato per rimuovere il materiale fuso dal solco è inerte rispetto al materiale tagliato, come ad esempio azoto, argon o elio, si ottiene un taglio di alta qualità con una minima striatura laterale. Questo metodo consente di ottenere tagli precisi e puliti, riducendo al minimo la necessità di lavorazioni aggiuntive sui pezzi tagliati.
- Taglio di alta qualità con una minima striatura laterale
Taglio a sublimazione
La sublimazione laser è un processo di taglio che non richiede l’uso di gas da taglio ed è ideale per lamiere sottili, generalmente fino a circa 3 mm di spessore. In questo metodo, il raggio laser provoca direttamente la vaporizzazione del materiale, senza la necessità di un gas ausiliario. Ciò porta alla creazione di tagli precisi e finemente rifiniti, con un minimo di bava residua.
- Tagli precisi e finemente rifiniti
Taglio laser dei metalli: tutte le tipologie di taglio (2D, 3D, tubo)
I tagli laser possono essere classificati anche in relazione ai movimenti di macchina e al tipo di taglio garantito.
Taglio laser 2D
Il taglio laser 2D è un processo utilizzato per ottenere sagome da fogli di lamiera piatta. Principalmente impiegato in settori che richiedono lavorazioni di taglio seguite da piegatura, stampaggio o imbutitura, questo metodo offre grande flessibilità nella produzione di parti di diverse forme e dimensioni.
Le macchine utilizzate per il taglio laser 2D operano su due assi (x e y), con un terzo asse (asse z) per consentire lo spostamento dell’oscillatore. Grazie alla semplicità dei materiali di partenza, generalmente fogli di lamiera di vari spessori, queste macchine possono essere equipaggiate con sistemi automatici di stoccaggio e caricamento, il che aumenta significativamente l’efficienza produttiva.
Taglio laser 3D
Il taglio laser 3D rappresenta una tecnologia avanzata che consente di lavorare su semilavorati o prodotti finiti costituiti da lamiere con strutture tridimensionali, che hanno già subito processi di piegatura, stampaggio o imbutitura. Questo tipo di lavorazione trova applicazioni prevalenti in settori come l’industria automobilistica e aerospaziale, dove il taglio avviene dopo le fasi di deformazione della lamiera.
Lavorare in tre dimensioni richiede l’utilizzo di tecnologie più complesse, come macchine dotate di 6 assi o robot specializzati. Tuttavia, le tecnologie impiegate per il taglio laser 3D possono essere adattate anche per lavorazioni bidimensionali, sebbene in questo caso le prestazioni in termini di velocità di lavorazione possano essere leggermente inferiori.
Il taglio laser 3D è particolarmente utile nel settore automobilistico, consentendo di ottenere prodotti finiti o semilavorati dopo le fasi di piegatura, stampaggio e imbutitura delle lamiere.
Taglio laser del tubo
Il taglio laser può essere efficacemente impiegato anche per lavorare tubi.
È fondamentale, però, considerare alcuni aspetti cruciali durante il processo.
Un elemento chiave riguarda il sistema di fissaggio del tubo durante la lavorazione. Il tubo viene solitamente stretto in un mandrino, simile a quanto avviene durante l’operazione di tornitura. Questo consente all’oscillatore di muoversi assialmente anziché attorno al tubo stesso, ottimizzando così l’efficienza del taglio.
Inoltre, è essenziale modulare con precisione le potenze utilizzate durante il taglio in base allo spessore e al diametro del tubo. Questo è fondamentale per evitare danni alla struttura del tubo durante il processo di taglio laser.
Durante il taglio laser del tubo, la testa di taglio viene posizionata in modo assiale rispetto al tubo inserito nel mandrino. Questo tipo di configurazione richiede una regolazione precisa della potenza del laser in base alle caratteristiche specifiche del tubo, al fine di garantire un taglio preciso senza danneggiare il materiale.
Le diverse macchine da taglio laser
Le macchine per il taglio laser, note anche come laser cutter, sono dispositivi a controllo numerico (CNC) che operano tramite software su computer.
Esistono varie tipologie di queste macchine, ma condividono componenti fondamentali come l’oscillatore, il sistema di assi e una struttura di protezione.
L’oscillatore, chiamato anche testa di taglio, riceve il raggio laser e lo focalizza attraverso una lente per ottenere un raggio estremamente sottile.
Il sistema di assi, che può essere costituito da assi tradizionali o da un braccio robotizzato, supporta la testa di taglio, mentre la struttura di protezione è progettata per garantire la sicurezza degli operatori impedendo la dispersione del raggio laser.
A seconda del tipo di materiale e della sua forma, la struttura di supporto del pezzo in lavorazione varia, utilizzando mandrini, pinze di clampaggio o semplici tavoli di lavoro.
Le macchine possono operare singolarmente o essere integrate in linee di produzione automatiche che includono magazzini automatici, sistemi di carico e scarico, e possono essere parte di linee di produzione combinate che comprendono anche altre operazioni come piegatura, pannellatura, imbutitura, tranciatura o punzonatura.
Taglio laser su metallo: vantaggi
Prestazioni, velocità e precisione: vediamo tutti i vantaggi dell’impiego di laser su metalli.
Massima precisione. Grazie alla tecnologia laser, è possibile ottenere tagli estremamente precisi e dettagliati, senza la necessità di post-produzione. I bordi dei pezzi tagliati sono puliti, netti e privi di bave, garantendo un risultato ottimale.
Maggiore produttività. Il taglio laser offre velocità elevate, consentendo tempi di produzione ridotti rispetto ai metodi tradizionali. Questo aumenta l’efficienza complessiva della produzione e consente di rispondere alle esigenze di tempi ristretti del mercato.
Alta efficienza dei costi. Grazie alla precisione e alla velocità del taglio laser, i costi di produzione sono ottimizzati. Inoltre, il basso impatto ambientale e la riduzione dei consumi energetici contribuiscono ulteriormente alla convenienza economica del processo.
L’assenza di bloccaggio dei materiali, di deformazione meccanica e di contatto riduce infine l’usura degli strumenti.
Superfici intatte. Il taglio laser non richiede ulteriori trattamenti di rifinitura, poiché il risultato è già ottimale. Ciò significa che i pezzi tagliati presentano superfici lisce e uniformi, senza imperfezioni.
Configurazioni personalizzate. La versatilità del taglio laser consente di lavorare con una vasta gamma di materiali e spessori, offrendo la possibilità di personalizzare i pezzi tagliati in base alle esigenze specifiche del progetto.
Riduzione dei costi di stoccaggio. Grazie alla maggiore flessibilità del processo di produzione, è possibile ridurre i costi di stoccaggio dei materiali lavorati. Ciò contribuisce a ottimizzare la gestione del magazzino e a ridurre gli sprechi.
Sicurezza dell’operatore. Il taglio laser avviene senza contatto meccanico con il materiale, riducendo al minimo il rischio di danni all’operatore. Inoltre, l’assenza di forza meccanica significa che non è necessario bloccare il materiale durante il taglio, evitando deformazioni.
Sostenibilità ambientale. Il processo di taglio laser non produce scorie o altri materiali di scarto da smaltire, contribuendo alla sostenibilità ambientale e alla riduzione dell’impatto ambientale complessivo del processo produttivo.
Materiali adatti al taglio
Potremmo semplicemente riassumere che, dopo le ultime introduzioni, anche i metalli più delicati possono essere lavorati mediante laser.
Con un raggio laser a fibra ottica, la massima potenza di taglio si concentra infatti in un diametro infinitesimale delle dimensioni di un capello.
Nel dettaglio, tra i metalli adatti al taglio laser troviamo:
- Metalli preziosi come oro, argento e platino
- Metalli non ferrosi come bronzo, ottone e rame
- Titanio
- Leghe di alluminio. Queste leghe si prestano bene al taglio laser, sia con l’uso di gas inerti che di ossigeno, spesso combinando entrambi.
- Acciaio da costruzione
- Acciaio inossidabile austenitico. Questo tipo di acciaio può essere facilmente tagliato con il laser, soprattutto utilizzando azoto ad alta pressione. Tuttavia, il taglio assistito con ossigeno è meno comune poiché offre vantaggi limitati in termini di velocità e può causare problemi di resistenza alla corrosione.
- Acciaio a basso tenore di carbonio. Questo tipo di acciaio può essere efficacemente tagliato con tecnologie laser, sia utilizzando gas inerti che assistiti da ossigeno.
- Acciaio ad alto tenore di carbonio e acciai legati. Anche se possono essere tagliati con il laser, è importante considerare le possibili conseguenze delle strutture estremamente dure o fragili che possono formarsi, compromettendo la piegabilità della lamiera tagliata.
FAQ – le Domande più frequenti
Cosa non può tagliare il laser?
Il laser è un’opzione versatile per il taglio di una vasta gamma di materiali metallici, ma ci sono alcune limitazioni da considerare.
- Materiali altamente riflettenti. Il laser può avere difficoltà a tagliare materiali altamente riflettenti come alluminio lucidato o rame brillante, poiché tendono a respingere il fascio laser anziché assorbirlo per il taglio.
- Materiali trasparenti. I materiali trasparenti come il vetro o il plastico trasparente non possono essere tagliati efficacemente con il laser, in quanto il fascio laser passa attraverso senza produrre il calore necessario per il taglio.
- Materiali ad alto punto di fusione. Alcuni materiali con un punto di fusione estremamente elevato, come il tungsteno o il molibdeno, possono richiedere un laser con una potenza molto alta per essere tagliati in modo efficace.
- Materiali esplosivi o infiammabili. Il laser può generare calore durante il processo di taglio, il che potrebbe essere pericoloso per materiali esplosivi o altamente infiammabili.
- Pelle e pelle artificiale con cromo (VI)
- Fibre di carbonio (carbonio)
- Cloruro di polivinile (PVC)
- Polivinilbutirrale (PVB)
- Politetrafluoroetileni (PTFE /Teflon)
- Ossido di berillio
- Materiali contenenti alogeni (fluoro, cloro, bromo, iodio e astato), resine epossidiche o fenoliche.
Quanto costa taglio laser ferro?
Il costo del taglio laser del ferro dipende da diversi fattori, tra cui:
- Spessore del materiale
- Tipo di laser
- Potenza del laser
- Complessità del disegno
- Volume di produzione
In generale, i prezzi del taglio laser del ferro possono variare da qualche euro fino a diverse centinaia di euro per ora.
Taglio laser metallo: qual è lo spessore massimo?
Lo spessore massimo che può essere tagliato con il laser dipende principalmente dal tipo di metallo e dalla potenza del laser utilizzato. In generale, i laser a fibra possono tagliare metalli fino a uno spessore di circa 25-30 millimetri, mentre i laser CO2 sono più adatti per materiali più spessi, fino a circa 40-50 millimetri.
Tuttavia, è importante notare che questo è solo un intervallo approssimativo e che le capacità di taglio possono variare notevolmente a seconda del tipo specifico di laser, della sua potenza e delle caratteristiche del metallo stesso. Inoltre, tecnologie più avanzate o sistemi di taglio specializzati potrebbero essere in grado di gestire spessori superiori.
Laser per il taglio metalli: quale conviene in base allo spessore
In base allo spessore dei metalli da tagliare, la scelta del laser per il taglio dipende dalla potenza e dalla tipologia di sistema laser.
Per metalli sottili, come l’acciaio e l’alluminio fino a circa 6 mm, si preferisce un laser a fibra con potenza compresa tra 500 watt e 2 kilowatt. Per metalli più spessi o per ottenere velocità di taglio più elevate, si consigliano potenze superiori, fino a diverse decine di kilowatt.
La scelta del sistema giusto è fondamentale per ottenere il miglior rendimento.
Il taglio laser a fibra è una tecnologia più recente che assicura migliori performance di velocità e qualità di taglio, ridotti consumi energetici, minori costi di manutenzione e una maggiore sostenibilità.
Che potenza deve avere un laser per tagliare i metalli?
Generalmente, nel settore della lamiera, le macchine laser hanno una potenza minima di 500 watt per spessori sottili. Le potenze più comuni vanno dai 3 kW ai 20 kW, ma esistono anche tecnologie fino a 40 kW. La potenza necessaria dipende dall’ampiezza e dal tipo di metallo da tagliare, nonché dalla velocità desiderata. Un laser da 500 watt a 2 kilowatt è sufficiente per metalli sottili, mentre per metalli più spessi o per tagli più veloci possono essere necessarie potenze maggiori.
È importante considerare che una maggiore potenza può aumentare i costi di investimento e di gestione, ma può migliorare l’efficienza del processo e la versatilità nel trattare diversi materiali e spessori, migliorando la qualità e riducendo i tempi di produzione.