Il futuro della tecnologia di taglio laser per lamiere
Anche il taglio laser è cambiato negli ultimi decenni. Prima c'erano i laser a CO2. Questi regnarono sovrani per alcuni decenni, fino a quando un nuovo arrivato entrò in scena sotto forma di laser in fibra.
Sia i laser a CO2 che i laser a fibra hanno i loro vantaggi e svantaggi: la CO2 è spesso vista come un laser universale, ma a volte manca di velocità, mentre la fibra è generalmente più veloce, ma colpisce quando taglia materiali più spessi. Solo di recente l'industria ha visto che i laser a fibra iniziano a raggiungere il CO2 in termini di spessori di materiale (leggi l'articolo di marzo 2014, "Il prossimo salto nel taglio laser a fibre").
E ora gli OEM stanno lavorando alla prossima generazione di sistemi di taglio laser utilizzando un nuovo tipo di laser chiamato laser a diodo diretto. Tuttavia, attualmente è disponibile solo un laser a diodo diretto che è effettivamente in grado di tagliare l'acciaio. Per ora, la maggior parte dei sistemi laser a diodi sono utilizzati in operazioni come il trattamento termico e il rivestimento.
Secondo Coherent, HighLight 10000D, parte della linea Highlight D-Series di sorgenti laser a diodi diretti, fornisce fino a 10 kW di potenza a diodi diretti a 975 nm.
Alla domanda di spiegare cosa siano esattamente i laser a diodi, Frank Gaebler, Senior Product Marketing Manager per CO2 Laser di Coherent, Inc., afferma: "Probabilmente ne hai uno seduto a pochi metri da te ora, se hai un computer con un lettore CD, DVD o Blu-Ray.
"È un dispositivo a semiconduttore che, nelle giuste condizioni, emette luce laser, piuttosto che luce incoerente come un LED, il che significa che può essere focalizzato in un punto molto più stretto".
Gaebler prosegue dicendo che la linea di fondo è che i laser a diodi diretti sono molto efficienti dal punto di vista elettrico.
"Per la quantità di elettricità che utilizzi, ottieni una buona quantità di energia ottica", spiega. "Questo è in contrasto con la maggior parte degli altri tipi di laser in cui è possibile ottenere solo un'efficienza di conversione di pochi punti percentuali - si ottiene molta potenza e si ottiene una quantità di luce piuttosto ridotta".
Questo alloggiamento è stato saldato utilizzando un laser a diodo diretto.
Tracey Ryba, Product Manager per Laser presso TRUMPF North America, spiega cosa rende i laser a diodo così diversi.
"Indipendentemente dalla tecnologia laser di cui parli, hanno gli stessi tre componenti: il mezzo attivo, l'eccitazione e la cavità ottica", afferma. "In genere, negli ultimi 10 anni, i diodi sono stati utilizzati per pompare la fibra o il laser a disco, ma poiché la tecnologia è cambiata, abbiamo assistito a un'esplosione della tecnologia a diodi nella qualità del fascio o alla luminosità del diodo. Questo è migliorato notevolmente, quindi ora siamo in grado di prendere quei diodi pompa e accoppiarli direttamente nelle fibre. In questo modo, non stai più pompando il mezzo più.
"Con la CO2, stai usando l'elettricità per pompare il gas; con fibra e disco, stai usando i diodi da pompare; e ora siamo in grado di prendere quel diodo che stava pompando quei medium, prendi la luce a diodi stessa e combinala direttamente nella fibra e consegnala al pezzo da lavorare. Questo è davvero l'evoluzione della tecnologia a diodi negli ultimi cinque o sette anni; ha cambiato il panorama. "In altre parole, i laser a diodi diretti escludono l'intermediario e, così facendo, offrono tassi di efficienza molto più elevati.
"Se stai guardando i laser a CO2, offrono circa il 10% di efficienza wall-plug", afferma Ryba. "I laser a fibra e a disco sono circa il 30% di energia di combustione efficiente a parete, mentre i laser a diodi sono attualmente circa il 40% efficienti per la presa a muro e probabilmente si avvicineranno al 50% nei prossimi anni. Con i laser a diodi, stai praticamente rimuovendo parti del laser, e in realtà stai usando solo la parte della pompa, quindi diventa un processo molto efficiente. "
Oltre all'aumentata efficienza del wall-plug, Gaebler sottolinea anche che i laser a diodi generano meno calore. "Per contrapporre questo, con i laser a CO2, devi avere acqua e raffreddamento, e gli apparati di raffreddamento sono più grandi e più complessi del laser stesso, perché devi rimuovere tutto questo calore - quel calore ondoso prodotto a causa dell'inefficienza di la conversione dall'elettricità alla luce. "
Secondo TRUMPF, TruDiode 6006 fornisce 6000 W di potenza a una lunghezza d'onda di 920-1040 nm ed è progettato per la brasatura laser, la saldatura a penetrazione profonda, la saldatura per conduzione di calore e la saldatura laser di materie plastiche.
Attualmente, le principali applicazioni dei laser a diodi diretti sono il trattamento termico e il rivestimento, e per entrambi questi processi i laser a diodi diretti sono estremamente utili. Date le loro proprietà uniche, consentono agli utenti di riscaldare selettivamente qualsiasi materiale con cui lavorano.
Gaebler fornisce un esempio per il trattamento termico. "Puoi riscaldare un dente del cambio, un bordo di un utensile o qualcosa di simile con questo raggio laser, e riscalda solo quei primi pochi micron, soprattutto perché è assorbito relativamente bene. Non distorti la parte, e l'altra cosa è quella, perché la stai riscaldando in modo così selettivo, non appena spegni il laser, l'aria generalmente la spegne. In genere non è necessario alcun tipo di spegnimento attivo. Hai eliminato tutti quei passaggi extra. È fatto saltare con un laser, indurisce esattamente il punto che vuoi, e nient'altro, e boom, hai finito. In generale, è richiesta una postelaborazione minima o nulla. Questo è l'enorme vantaggio. "
Considerati tutti i vantaggi dei laser a diodi, ci si potrebbe chiedere perché non siano ancora utilizzati per il taglio delle lamiere. La risposta è che, in quasi tutti i casi, i laser a diodi diretti non sono in grado di produrre la luminosità necessaria per le operazioni di taglio.
"Tutti ci stanno lavorando come obiettivo finale. Non solo TRUMPF, ma tutte le aziende ", afferma Ryba. "Siamo già in grado di farlo in un ambiente di tipo laboratorio, quindi ora lo stiamo solo portando a livello industriale. La tecnologia è migliorata per ottenere una maggiore luminosità dai diodi. La tecnologia cambia ogni anno e con l'evolversi della tecnologia la porteremo sul mercato ".
Ryba prevede che i negozi di lavoro potrebbero vedere laser a diodi diretti in grado di tagliare l'acciaio sul mercato entro i prossimi cinque anni. Potrebbe anche accadere molto prima, ma, in ogni caso, i prossimi anni saranno molto interessanti per la tecnologia di taglio laser, e il panorama sta per essere rivoluzionato.
