La classificazione principale e le caratteristiche del taglio laser
1. Principio e classificazione del taglio laser
โ Principio del taglio laser
IL taglio laser utilizza un fascio focalizzato ad alta densitร di potenza per funzionare, in modo che il materiale irradiato venga rapidamente fuso, vaporizzato, ablato o infiammato, e il materiale fuso venga soffiato via da un flusso d'aria ad alta velocitร coassiale al fascio, tagliando cosรฌ il pezzo in lavorazione.
Quando il raggio laser interagisce con il materiale, si verificano diversi processi. L'intenso calore generato dal raggio laser aumenta rapidamente la temperatura del materiale, provocandone la fusione, la vaporizzazione o una reazione chimica. L'interazione specifica dipende dalle proprietร del materiale, come il coefficiente di assorbimento e il punto di fusione, nonchรฉ dai parametri laser, come la densitร di potenza e la durata dell'impulso.
Per materiali con basso punto di fusione, come la plastica, il raggio laser puรฒ fondere il materiale durante il taglio. Il materiale fuso viene quindi soffiato via da un getto di gas, creando un solco di taglio (la larghezza di taglio). Nel caso di materiali con punto di fusione piรน elevato, come i metalli, il raggio laser vaporizza direttamente il materiale, creando un taglio stretto e preciso.
L'assistenza gassosa รจ comunemente utilizzata nel taglio laser per migliorare il processo di taglio. Un gas, come ossigeno o azoto, viene soffiato attraverso l'ugello della testa di taglio sulla superficie del materiale. Il gas aiuta a rimuovere il materiale fuso o vaporizzato dalla zona di taglio, raffredda il materiale e previene la formazione di bave o scorie. La scelta del gas dipende dal materiale da tagliare e dalla qualitร di taglio desiderata.
La larghezza del taglio, o larghezza del kerf, รจ determinata da diversi fattori, tra cui la potenza del laser, la dimensione del punto focale, lo spessore del materiale e la velocitร di taglio. La larghezza del taglio puรฒ essere controllata regolando questi parametri per ottenere la precisione di taglio desiderata. Inoltre, il taglio laser puรฒ dare origine a un fenomeno chiamato conicitร , in cui il taglio assume una leggera forma conica. L'angolo di conicitร dipende dalle proprietร del materiale e dai parametri laser e puรฒ essere ridotto al minimo ottimizzando le condizioni di taglio.
โNozioni di base sul laser:
Un laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) รจ un dispositivo che produce un fascio concentrato di luce coerente. ร costituito da tre componenti principali: un mezzo attivo, una sorgente di energia e un risonatore ottico. Il mezzo attivo, che puรฒ essere solido, liquido o gassoso, emette fotoni quando viene eccitato dalla sorgente di energia. Il risonatore ottico riflette i fotoni avanti e indietro attraverso il mezzo attivo, amplificando e allineando le onde luminose. Questo processo porta alla formazione di un fascio laser potente e coerente.
โย Taglio laser classificazione
Esistono diversi tipi di laser utilizzati nelle macchine per il taglio laser, tra cui laser a CO2, laser Nd:YAG e laser a fibra. I laser a CO2 sono i piรน comuni e utilizzano una miscela di anidride carbonica, azoto ed elio come mezzo attivo. I laser Nd:YAG utilizzano un cristallo allo stato solido, come il granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio, come mezzo attivo. I laser a fibra, invece, utilizzano una fibra ottica drogata con elementi di terre rare come mezzo attivo. Ogni tipo di laser ha le sue proprietร uniche ed รจ adatto a specifiche applicazioni di taglio.
1) Laser a CO2
Comunemente utilizzato per tagliare materiali non metallici come legno, plastica, vetro e tessuti. Puรฒ anche tagliare metalli come acciaio dolce, acciaio inossidabile e alluminio con la giusta configurazione.
2) Taglio laser a vaporizzazione
Il pezzo viene riscaldato da un raggio laser ad alta densitร di energia, la temperatura aumenta rapidamente, il punto di ebollizione del materiale viene raggiunto in brevissimo tempo e il materiale inizia a vaporizzare formando vapore. Questi vapori vengono espulsi ad alta velocitร e, durante l'espulsione, si forma una fessura nel materiale. Il calore di vaporizzazione del materiale รจ generalmente elevato, quindi per il taglio laser a gassificazione sono necessarie potenza e densitร di potenza elevate.
Il taglio mediante vaporizzazione laser viene spesso utilizzato per tagliare materiali metallici e non metallici molto sottili.
3) Taglio laser a fusione
Quando il laser viene fuso e tagliato, il materiale metallico viene fuso dal riscaldamento laser, quindi il gas non ossidante viene spruzzato attraverso un ugello coassiale al fascio di luce e il metallo liquido viene scaricato dalla forte pressione del gas formando una fessura. La fusione e il taglio laser non richiedono la vaporizzazione completa del metallo e l'energia richiesta รจ solo 1/10 di quella necessaria per il taglio per vaporizzazione.
Il taglio laser a fusione viene utilizzato principalmente per il taglio di alcuni materiali non ossidabili o metalli attivi.
4) Taglio laser all'ossigeno
Il principio del taglio laser a ossigeno รจ simile a quello del taglio ossiacetilenico. Utilizza un laser come fonte di calore di preriscaldamento e un gas attivo come l'ossigeno come gas di taglio. Da un lato, il gas iniettato agisce sul metallo da tagliare innescando una reazione di ossidazione che rilascia una grande quantitร di calore; dall'altro, l'ossido fuso e la massa fusa vengono espulsi dalla zona di reazione formando una fessura nel metallo.
Poichรฉ la reazione di ossidazione durante il processo di taglio genera una grande quantitร di calore, l'energia richiesta per il taglio laser per ossidazione รจ solo la metร di quella richiesta per il taglio per fusione e la velocitร di taglio รจ molto maggiore rispetto al taglio laser per vaporizzazione e al taglio per fusione.
Il taglio laser all'ossigeno viene utilizzato principalmente per acciaio al carbonio, acciaio al titanio e materiali metallici trattati termicamente, come il trattamento termico.
5) Taglio laser e controllo della frattura
Il laser dicing consiste nello scansionare la superficie del materiale fragile con un laser ad alta densitร di energia, in modo che il materiale venga evaporato tramite calore fino a formare una piccola scanalatura. Successivamente, viene applicata una certa pressione e il materiale fragile viene incrinato in corrispondenza della piccola scanalatura. I laser per il laser scribing sono generalmente laser Q-switched e laser a CO2.
Il controllo della frattura avviene tramite una distribuzione di temperatura elevata generata dall'incisione laser, che genera uno stress termico locale nel materiale fragile, causandone l'interruzione.
โProcesso di taglio laser
Il processo di taglio laser prevede diverse fasi. Innanzitutto, il raggio laser viene generato dalla sorgente laser e guidato attraverso una serie di specchi e lenti fino alla testa di taglio. La testa di taglio contiene un'ottica di focalizzazione che concentra il raggio laser in uno spot di piccole dimensioni. Il raggio laser focalizzato viene quindi indirizzato sul materiale da tagliare.
2. Caratteristiche del taglio laser
โ Vantaggio
1) Buona qualitร di taglio
Il taglio laser consente di ottenere una migliore qualitร di taglio grazie al piccolo spot laser, all'elevata densitร di energia e alla rapida velocitร di taglio.
2) Elevata efficienza di taglio
Grazie alle caratteristiche di trasmissione del laser, la macchina per il taglio laser รจ generalmente dotata di piรน tavoli di lavoro a controllo numerico e l'intero processo di taglio puรฒ essere realizzato a controllo numerico. Durante il funzionamento, รจ sufficiente modificare il programma NC per applicare il taglio a diverse forme di componenti, eseguire tagli bidimensionali e realizzare tagli tridimensionali.
3) Alta velocitร di taglio
Il taglio laser non richiede materiali di fissaggio, il che consente di risparmiare sui dispositivi di fissaggio e sui tempi ausiliari per il carico e lo scarico.
4) Taglio senza contatto
Durante il taglio laser non c'รจ contatto tra la torcia e il pezzo in lavorazione e non c'รจ usura dell'utensile. Per lavorare pezzi di forme diverse, non รจ necessario cambiare "utensile", basta modificare i parametri di uscita del laser. Il processo di taglio laser รจ silenzioso, con poche vibrazioni e non inquina.
โ Svantaggio
Taglio laser A causa della potenza limitata del laser e del volume dell'attrezzatura, il taglio laser puรฒ tagliare solo piastre e tubi di spessore medio e piccolo e la velocitร di taglio diminuisce significativamente all'aumentare dello spessore del pezzo.
Le attrezzature per il taglio laser sono costose e richiedono un investimento una tantum.
