Presso Yonglihao Machinery, un leader azienda di prototipazione, utilizziamo il taglio laser della lamiera per parti che necessitano di una geometria pulita, precisione ripetibile e tempi di consegna rapidi. Il nostro servizi di taglio laser Sono pratici per staffe, coperture, involucri e telai di macchine. Sono adatti anche per molti altri componenti a struttura piatta.
In questo articolo mi concentrerò su una domanda: cos'è il taglio laser della lamiera? Spiegherò anche cosa aspettarsi da esso. Imparerai a conoscere i principali tipi di laser e le modalità di taglio più comuni. Parleremo anche dei principali vantaggi, dei limiti e di alcune regole di progettazione per evitare costose rilavorazioni.
Cos'è il taglio laser della lamiera?
Il taglio laser della lamiera è un processo di taglio termico controllato da un CNC. Utilizza un raggio laser focalizzato per fondere o vaporizzare il metallo lungo un percorso programmato. In questo modo, si separa un profilo netto da una lamiera.
In pratica, si ottiene un contorno definito e un piccolo spazio di taglio, noto come taglio. La qualità del bordo dipende dal materiale, dal suo spessore, dal gas di assistenza e dalle impostazioni della macchina.
La parte "lamiera" è importante. Il processo è più efficace quando la geometria è prevalentemente 2D e il materiale è piatto. Anche la parte "CNC" è fondamentale. Il percorso di taglio segue l'output CAD/CAM con elevata ripetibilità su più lotti.
Come funziona il taglio laser della lamiera?
Il taglio laser funziona concentrando l'energia luminosa in un punto minuscolo. Questo rende la densità di energia locale sufficientemente elevata da fondere o vaporizzare il metallo. Allo stesso tempo, il movimento CNC sposta il punto caldo lungo la linea di taglio. Il raggio viene generato, modellato dall'ottica e focalizzato su una determinata dimensione dello spot. Questa dimensione controlla la densità di energia e il comportamento del taglio.
Il gas di assistenza è essenziale nella produzione reale. Elimina il materiale fuso dal taglio. Protegge anche le ottiche e controlla l'ossidazione e il colore del tagliente. L'azoto è comune quando si desidera un'ossidazione minima. L'ossigeno può accelerare il taglio su alcuni acciai, ma altera le condizioni del tagliente.
Mentre la testa laser si muove, il processo crea una parete tagliata. Lascia anche un zona termicamente alterata (ZTA) vicino al bordo. La ZTA è solitamente piccola rispetto ad altri metodi termici. Tuttavia, esiste e può influenzare rivestimenti, accoppiamenti stretti e parti sottili che potrebbero deformarsi.
Principali tipi di laser
Laser a fibra
Un laser a fibra è un laser a stato solido. Trasmette il suo fascio attraverso una fibra ottica. Questo tipo di laser è noto per l'elevata efficienza elettrica e la forte qualità del fascio. È spesso la scelta migliore per gli acciai e molti metalli non ferrosi. Offre buone prestazioni anche su materiali riflettenti come alluminio, ottone e rame se la macchina è progettata per loro.
La fibra viene solitamente scelta quando si necessita di velocità, qualità stabile e un costo per pezzo inferiore. I suoi limiti pratici si manifestano con sezioni spesse. Potrebbe inoltre presentare difficoltà con pezzi che richiedono una finitura speciale dei bordi o una conicità molto bassa senza passaggi aggiuntivi.
Laser CO₂
Un laser a CO₂ crea un raggio infrarosso da una scarica di gas. È da tempo una delle principali tecnologie di taglio industriale. È ampiamente utilizzato per i non metalli. Può tagliare bene anche alcuni metalli, in particolare quelli più sottili, a seconda della potenza della macchina e della configurazione.
Un laser CO₂ può essere una buona scelta se l'officina lavora anche con materiali non metallici. Offre una piattaforma matura e ben compresa. I limiti principali sono in genere: minore efficienza e prestazioni più deboli sui metalli riflettenti rispetto a molti sistemi in fibra moderni.
Laser a cristallo/stato solido
I laser a cristallo o a stato solido, come la famiglia Nd:YAG, utilizzano un mezzo di guadagno solido drogato. Possono offrire lunghezze d'onda e comportamenti di impulso utili per applicazioni specifiche. Questi laser possono essere applicati al taglio, alla marcatura o a processi specializzati in cui le caratteristiche del fascio sono prioritarie.
Nel taglio della lamiera, questi sistemi sono più "orientati all'applicazione" che universali. Possono essere scelti per materiali di nicchia o esigenze di processo speciali. Tuttavia, non sempre rappresentano la soluzione più conveniente per l'uso generale.
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Tipo di laser |
Il migliore a |
Tipico miglior adattamento |
Avvertenze comuni |
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Fibra |
Velocità + metalli + maneggevolezza riflettente |
Taglio generale dei metalli, materiali misti |
L'economia dello spessore varia; l'impostazione è importante |
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CO₂ |
Piattaforma matura, ampio utilizzo non metallico |
Negozi che tagliano non metalli + alcuni metalli sottili |
Efficienza, limitazioni dei metalli riflettenti |
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Cristallo/stato solido |
Comportamento speciale delle travi / processi di nicchia |
Requisiti specifici di materiali/processi |
I compromessi tra costi e manutenzione variano |
Tre modalità comuni di taglio laser per la lamiera
Taglio a fusione (azoto/argon)
Il taglio per fusione fonde il metallo. Successivamente, utilizza un gas inerte, spesso azoto, per soffiare via il metallo fuso dal taglio. Questo processo riduce al minimo l'ossidazione sul bordo di taglio. È solitamente preferito quando l'aspetto del bordo, l'adesione del rivestimento o la qualità della saldatura sono fattori determinanti.
Il compromesso è che questo metodo può richiedere un flusso di gas maggiore. Richiede anche un controllo di processo più rigoroso. Per l'acciaio inossidabile e molti lavori in alluminio, il taglio per fusione è la scelta più comune quando si desiderano "bordi puliti".“
Taglio reattivo/a fiamma (ossigeno)
Il taglio reattivo utilizza l'ossigeno come gas di supporto. Questo aggiunge energia chimica attraverso l'ossidazione. Questa reazione può aumentare la velocità di taglio su acciai idonei. Può essere conveniente quando si richiede un'elevata produttività e si accetta un tagliente ossidato.
Il limite è la condizione del bordo. Se si desidera un bordo brillante e a basso tenore di ossido, il taglio all'ossigeno potrebbe non essere la soluzione migliore.
Taglio a sublimazione
Il taglio a sublimazione mira a vaporizzare il materiale con una fusione minima. Questo riduce la scoria e modifica le caratteristiche del bordo. Per i metalli, è meno comune del taglio a fusione o a reazione. Tende a essere utilizzato in casi particolari in cui la qualità del bordo è più importante della velocità.
Questa modalità richiede solitamente una maggiore attenzione e una maggiore stabilità del processo. Questo la rende un approccio "da utilizzare quando giustificato" piuttosto che un approccio predefinito per la lamiera.
Principali vantaggi e limiti pratici
Il taglio laser è eccellente per realizzare profili 2D complessi. Offre una geometria ripetibile e applica un carico meccanico minimo al pezzo. Per questo motivo, è ampiamente utilizzato per profili dettagliati, raggi stretti e nesting denso, per sfruttare al meglio le lamiere.
I limiti pratici sono principalmente legati a fattori fisici e di costo. Tra questi rientrano lo spessore, la gestione del calore e i requisiti dei bordi. È ancora possibile notare una conicità sui tagli più spessi. Potrebbero anche verificarsi scolorimenti o ossidazioni locali a seconda del gas utilizzato. Le lamiere sottili possono deformarsi se il calore si accumula in piccole aree.
Anche la sicurezza e l'igiene sono importanti. Il processo genera fumi metallici, vapori di rivestimento e particelle fini. Questi richiedono un'adeguata aspirazione e procedure operative rigorose.
Ulteriori letture: Vantaggi e svantaggi del taglio laser
Suggerimenti di progettazione di base per ottenere parti tagliate al laser migliori
I buoni risultati del taglio laser iniziano dal file CAD, non dalla macchina. È possibile ridurre i costi gestendo le aspettative di taglio, la spaziatura e la concentrazione del calore. Questo aiuterà anche a evitare sorprese del tipo "perché questo non va bene?".
Ecco una pratica checklist che utilizziamo quando esaminiamo i componenti tagliati al laser:
- Piano per il taglio: Non dare per scontato che la linea di taglio abbia "larghezza zero". La fessura influisce sul modo in cui le parti si incastrano tra loro, in particolare fessure e linguette.
- Rispettare la spaziatura minima: Mantenere gli spazi tra i tagli sufficientemente ampi. Questo aiuta a evitare surriscaldamenti e distorsioni.
- Evitare piccole caratteristiche su supporti spessi: Piccoli fori, angoli interni acuti e ponti sottili diventano instabili con l'aumentare dello spessore.
- Gestire gli angoli interni: Aggiungere piccoli raggi quando possibile. Questo riduce l'accumulo di calore locale e i punti di stress.
- Testo e incisione: Mantieni i tratti sufficientemente ampi e la spaziatura generosa. Questo impedisce che i caratteri si fondano o scompaiano.
- Concentrazione del calore: Disporre le caratteristiche in modo sfalsato e aggiungere tagli di rilievo. Questo è utile quando i nidi lunghi e stretti causano l'accumulo di calore.
Conclusione
Se c'è una cosa che dovete ricordare, è questa: il taglio laser della lamiera è un processo di rimozione termica controllata. Il raggio, la messa a fuoco, il gas di assistenza e il movimento CNC lavorano insieme per definire il bordo che otterrete. Scegliete il tipo di laser e la modalità di taglio in base al materiale e alle esigenze del bordo. Quindi, progettate il vostro pezzo tenendo conto di solco di taglio, spaziatura e comportamento termico.
Noi di Yonglihao Machinery consideriamo "cos'è il taglio laser" una promessa di risultati prevedibili. Questa promessa è valida quando il processo e il design del pezzo sono allineati. In caso contrario, otterrete comunque un pezzo tagliato. Ma potreste non ottenere l'adattamento, la finitura o la planarità che vi aspettavate.
Domande frequenti
Quali sono i materiali più adatti al taglio laser della lamiera?
La maggior parte delle lamiere comuni si taglia bene. È sufficiente adattare i parametri e il gas al materiale. Gli acciai sono generalmente semplici da tagliare. I metalli riflettenti come l'alluminio e il rame necessitano della macchina e delle impostazioni giuste per garantire un processo stabile.
Il taglio laser lascia sempre un bordo perfetto?
No. La qualità del bordo dipende dalla scelta del gas, dallo spessore del materiale e dalla messa a punto del processo. Se la configurazione e le aspettative non corrispondono, si potrebbero notare ossidazione, piccole scorie o rastremazione.
Cos'è il kerf e perché influisce sulla vestibilità?
Il kerf è la larghezza del materiale rimosso dal laser. Modifica le dimensioni finali del pezzo. Se si progettano scanalature, linguette o press-fitting stretti senza considerare il kerf, gli assemblaggi potrebbero risultare troppo allentati o troppo stretti.
Perché le parti sottili si deformano durante il taglio laser?
La deformazione è solitamente dovuta a un apporto di calore non uniforme e al rilascio di tensioni residue. Densità elevate, tagli lunghi e continui e piccoli ponti possono concentrare il calore, causando l'uscita del foglio dal suo piano.
Come faccio a scegliere tra l'assistenza di azoto e quella di ossigeno?
Scegliete l'azoto quando desiderate un'ossidazione minima e bordi più puliti. Scegliete l'ossigeno quando la velocità su acciai adatti è importante e un bordo ossidato è accettabile. La scelta è guidata da esigenze a valle come verniciatura, saldatura o aspetto estetico.
