Cosa sono le macchine da taglio laser in fibra di lamiera CNC
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Il taglio laser è una tecnologia che utilizza un laser per tagliare materiali ed è tipicamente utilizzato per applicazioni di produzione industriale, ma sta anche iniziando a essere utilizzato da scuole, piccole imprese e hobbisti. Il taglio laser funziona dirigendo l'uscita di un laser ad alta potenza più comunemente attraverso l'ottica. L'ottica laser e il CNC (controllo numerico computerizzato) sono utilizzati per dirigere il materiale o il raggio laser generato. Un tipico laser commerciale per tagliare materiali implicherebbe un sistema di controllo del movimento per seguire un CNC o un codice G del modello da tagliare sul materiale. Il raggio laser focalizzato è diretto verso il materiale, che quindi si scioglie, brucia, si vaporizza o viene spazzato via da un getto di gas, [1] lasciando un bordo con una finitura superficiale di alta qualità. Le lame laser industriali sono utilizzate per tagliare materiali in lastra piana e materiali strutturali e per tubazioni.
Esistono tre tipi principali di laser utilizzati nel taglio laser. Il laser CO2 è adatto per il taglio, l'alesatura e l'incisione. I laser al neodimio (Nd) e al neodimio-ittrio-alluminio-granato (Nd-YAG) sono identici nello stile e differiscono solo per l'applicazione. Nd è usato per la noia e dove sono richieste alte energie ma basse ripetizioni. Il laser Nd-YAG viene utilizzato dove è necessaria una potenza molto elevata e per la foratura e l'incisione. I laser CO2 e Nd / Nd-YAG possono essere utilizzati per la saldatura [7].
Le varianti comuni dei laser a CO2 includono il flusso assiale rapido, il flusso assiale lento, il flusso trasversale e la lastra.
I laser a CO2 vengono comunemente "pompati" facendo passare una corrente attraverso la miscela di gas (eccitazione CC) o usando energia a radiofrequenza (eccitata a RF). Il metodo RF è più recente ed è diventato più popolare. Poiché i progetti DC richiedono elettrodi all'interno della cavità, possono verificarsi l'erosione dell'elettrodo e la placcatura del materiale dell'elettrodo su vetreria e ottica. Poiché i risonatori RF hanno elettrodi esterni, non sono soggetti a questi problemi.
I laser a CO2 sono utilizzati per il taglio industriale di molti materiali tra cui acciaio dolce, alluminio, acciaio inossidabile, titanio, tavolo da lavoro, carta, cera, plastica, legno e tessuti. I laser YAG vengono principalmente utilizzati per tagliare e incidere metalli e ceramiche.
Oltre alla fonte di alimentazione, anche il tipo di flusso di gas può influire sulle prestazioni. In un rapido risonatore a flusso assiale, la miscela di anidride carbonica, elio e azoto viene fatta circolare ad alta velocità da una turbina o un soffiatore. I laser a flusso trasversale fanno circolare la miscela di gas a una velocità inferiore, richiedendo un ventilatore più semplice. I risonatori a lastra o diffusione raffreddati hanno un campo di gas statico che non richiede pressurizzazione o vetreria, con conseguente risparmio su turbine e vetri di ricambio.
Il generatore laser e l'ottica esterna (inclusa la lente di messa a fuoco) richiedono il raffreddamento. A seconda delle dimensioni e della configurazione del sistema, il calore residuo può essere trasferito da un refrigerante o direttamente all'aria. L'acqua è un liquido refrigerante comunemente usato, di solito fatto circolare attraverso un refrigeratore o un sistema di trasferimento di calore.
Un microjet laser è un laser a getto d'acqua in cui un raggio laser pulsato è accoppiato a un getto d'acqua a bassa pressione. Questo viene utilizzato per eseguire le funzioni di taglio laser mentre si utilizza il getto d'acqua per guidare il raggio laser, molto simile a una fibra ottica, attraverso la riflessione interna totale. I vantaggi di questo sono che l'acqua rimuove anche i detriti e raffredda il materiale. Ulteriori vantaggi rispetto al tradizionale taglio laser "a secco" sono elevate velocità di taglio, taglio parallelo e taglio omnidirezionale.
I laser a fibra sono un tipo di laser a stato solido che sta rapidamente crescendo nell'industria del taglio dei metalli. A differenza della CO2, la tecnologia delle fibre utilizza un mezzo di guadagno solido, al contrario di un gas o liquido. Il "seed laser" produce il raggio laser e viene quindi amplificato all'interno di una fibra di vetro. Con una lunghezza d'onda di soli 1.064 micrometri, i laser a fibra producono una dimensione spot estremamente piccola (fino a 100 volte più piccola rispetto alla CO2) che lo rende ideale per il taglio di materiale metallico riflettente. Questo è uno dei principali vantaggi della fibra rispetto alla CO2.
Esistono generalmente tre diverse configurazioni di macchine da taglio laser industriali: sistemi mobili, ibridi e sistemi ottici volanti. Questi si riferiscono al modo in cui il raggio laser viene spostato sul materiale da tagliare o elaborare. Per tutti questi, gli assi di movimento sono in genere designati asse X e Y. Se la testa di taglio può essere controllata, è designata come asse Z.
I laser dei materiali mobili hanno una testa di taglio stazionaria e spostano il materiale sottostante. Questo metodo fornisce una distanza costante dal generatore laser al pezzo da lavorare e un singolo punto dal quale rimuovere l'effluente di taglio. Richiede meno elementi ottici, ma richiede il movimento del pezzo. Questa macchina di stile tende ad avere il minor numero di ottiche di trasmissione del fascio, ma tende anche ad essere la più lenta.
I laser ibridi forniscono una tabella che si muove su un asse (di solito l'asse X) e muove la testa lungo l'asse più corto (Y). Ciò si traduce in una lunghezza del percorso di consegna del fascio più costante rispetto a una macchina ottica volante e può consentire un sistema di consegna del fascio più semplice. Ciò può comportare una riduzione della perdita di potenza nel sistema di consegna e una maggiore capacità per watt rispetto alle macchine ottiche volanti.
I laser a ottica volante dispongono di un tavolo fisso e una testa di taglio (con raggio laser) che si sposta sul pezzo in entrambe le dimensioni orizzontali. I cutter ottici volanti mantengono fermo il pezzo durante la lavorazione e spesso non richiedono il serraggio del materiale. La massa in movimento è costante, quindi le dinamiche non sono influenzate dalle diverse dimensioni del pezzo. Le macchine ottiche volanti sono il tipo più veloce, il che è vantaggioso quando si tagliano pezzi più sottili [11].
Le macchine ottiche volanti devono utilizzare un metodo per tenere conto della lunghezza del raggio variabile dal taglio vicino al campo (vicino al risonatore) al campo lontano (lontano dal risuonatore). Metodi comuni per il controllo di questo includono collimazione, ottica adattiva o l'uso di un asse di lunghezza del fascio costante.
le macchine a cinque e sei assi consentono anche di tagliare pezzi lavorati. Inoltre, vi sono vari metodi per orientare il raggio laser su un pezzo sagomato, mantenendo una corretta distanza di messa a fuoco e distanziamento dell'ugello, ecc.
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