Taglio laser: materiali, tipi e applicazioni

“Il processo di taglio laser trasforma i materiali in disegni complessi con la massima precisione e accuratezza. Fornisce finiture lisce e di alta qualità che richiedono poca o nessuna post-elaborazione. 

Taglio laser è un processo CNC che utilizza la potenza del laser ad alta energia per tagliare diversi materiali. Questa tecnica produce un raggio di luce concentrato stimolando il materiale laser con una scarica elettrica in un contenitore chiuso. L'ottica viene utilizzata per concentrare il raggio laser sul pezzo in lavorazione, che a sua volta consente il taglio attraverso la fusione, la vaporizzazione o la combustione. La tecnologia CNC regola l'esatto movimento del raggio laser.

Introduzione al taglio laser

Il taglio laser è un processo termico senza contatto che utilizza un raggio laser focalizzato ad alta potenza per tagliare un'ampia gamma di materiali. Questo processo è noto per la sua precisione, velocità e flessibilità, rendendolo una scelta ideale per vari settori. Il taglio laser può essere utilizzato su materiali come metalli, plastica, vetro e ceramica, tra gli altri.

La tecnologia alla base del taglio laser si è evoluta in modo significativo sin dal suo inizio negli anni '1960. Oggi esistono tre tipi principali di laser utilizzati per il taglio: laser CO2, ideali per il taglio di materiali non metallici; laser Nd:YAG, perfetti per il taglio di metalli e alcuni materiali non metallici; e laser a fibra, che stanno guadagnando popolarità grazie alla loro efficienza energetica e alla capacità di tagliare i metalli riflettenti.

Oltre al tipo di laser, ce ne sono anche diversi taglio di lamiere metodi, come taglio laser CNC (controllo numerico computerizzato), che utilizza un computer per controllare il laser e il movimento del materiale. Ciò garantisce un elevato livello di precisione e ripetibilità, rendendolo una scelta popolare per la produzione di massa.

Inoltre, puoi leggere di più vantaggi del taglio laser e i suoi svantaggi rispetto ad altre tecniche di taglio, nonché la sua idoneità alle vostre esigenze.

Comprensione del processo di taglio laser

Il processo di taglio laser inizia con la creazione di un file di progettazione digitale, che delinea la forma e le dimensioni desiderate del taglio. Questo file viene quindi inviato alla macchina per il taglio laser, dove il laser viene puntato sulla superficie del materiale. Il calore del laser fonde, vaporizza o brucia il materiale, creando un taglio preciso con bordi netti.

Durante il processo di taglio, viene utilizzato un flusso di gas, come ossigeno, azoto o aria, per soffiare via il materiale in eccesso e raffreddare il bordo appena tagliato. Questo gas aiuta anche a evitare che il materiale diventi troppo caldo, il che potrebbe causare deformazioni o altri danni.

Ci sono diversi fattori da considerare quando si determina il miglior metodo di taglio laser per un lavoro specifico, come il tipo e lo spessore del materiale, la qualità di taglio desiderata e la velocità di produzione. Ad esempio, i materiali più spessi possono richiedere una velocità di taglio inferiore per garantire un taglio pulito, mentre i materiali più sottili possono essere tagliati più rapidamente. Inoltre, alcuni materiali, come i metalli, richiedono più potenza per il taglio, mentre altri, come la plastica, ne richiedono meno.

Materiali utilizzati nel taglio laser

Il taglio laser è una tecnica versatile utilizzata su vari materiali come carta, legno, metallo e roccia. Tuttavia, la sua applicazione principale risiede nella fabbricazione di lamiere, in particolare per materiali per il taglio laser piace;

• Taglio laser alluminio 
• Taglio laser acciaio
• taglio laser dell'acciaio dolce
• Taglio laser acciaio inox 
• Taglio laser rame 
• Taglio laser ottone
• Taglio laser plastica

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Vantaggi e limiti del taglio laser

I laser cutter sono ideali per la movimentazione di lamiere sottili, con uno spessore massimo solitamente fino a 6 mm per l'alluminio e 15 mm per l'acciaio. Possono mantenere la precisione con tolleranze da 0 a 2 mm. Allo stesso modo, ce ne sono altri molti vantaggi del taglio laser.

Il processo si traduce in una piccola zona termicamente alterata. Pertanto, si riduce la necessità di un ulteriore trattamento termico post-elaborazione. Il taglio laser è unico tra gli altri metodi di taglio della lamiera per la sua precisione e versatilità in diversi materiali, sebbene non sia versatile quanto il taglio a getto d'acqua. La lavorazione laser è la più diffusa grazie alla sua adattabilità ai materiali, alla precisione e alla capacità di eseguire sia operazioni di taglio che di incisione, impossibili con il taglio a getto d'acqua. Inoltre, spese di taglio laser Sono generalmente più economici del taglio a getto d'acqua. Per saperne di più:Taglio laser contro taglio a getto d'acqua

Tre tipi di laser per il taglio

La tecnologia laser ha molte funzioni, come taglio, foratura e incisione, che sono determinate da fattori quali la potenza del laser, il materiale primario utilizzato per generare il raggio laser e il materiale in lavorazione. La lavorazione laser è il processo principale per la produzione di parti in lamiera. 

Diverso tipi di taglio laser Esistono diverse tecniche, tra cui i laser a CO2 (laser a gas), i laser a fibra e i laser a cristallo di vanadato Nd:YAG o Nd:YVO. Questi laser utilizzano lunghezze d'onda continue e diverse tecniche per stimolare il fascio laser, sia tramite una miscela di gas caricata elettricamente sia tramite diodi fisici.

1. Laser CO2

Taglio laser CO2

Un laser a CO2 invia elettricità attraverso un tubo riempito con una miscela di gas per produrre raggi luminosi. Il tubo è dotato di specchi su entrambe le estremità, uno dei quali è completamente riflettente e l'altro parzialmente riflettente, per far passare un po' di luce. La miscela di gas è solitamente composta da anidride carbonica, azoto, idrogeno ed elio, che a loro volta producono luce invisibile nella gamma del lontano infrarosso dello spettro luminoso. 

Sebbene i laser a CO2 industriali possano raggiungere più kilowatt di potenza (sebbene siano meno comuni), la lavorazione abituale dei laser a CO2 varia da 25 a 100 watt con una lunghezza d'onda di 10.6 micrometri. Questi laser vengono solitamente utilizzati per lavorare con legno, carta e plastica acrilica (e). G. , Polimetilmetacrilato), pelle, tessuti, carta da parati e alcuni alimenti come formaggi, castagne e piante. 

I laser a CO2 sono utilizzati principalmente per materiali non metallici, ma possono anche lavorare alcuni metalli, come lamiere sottili di alluminio e altri metalli non ferrosi. Aumentando il contenuto di ossigeno è possibile potenziare il raggio di CO2, ma questa operazione deve essere eseguita da utenti esperti per evitare possibili rischi. Per saperne di più:Taglio laser tubi

2. Laser a fibra

Laser in fibraI laser a fibra, che appartengono alla categoria dei laser a stato solido, utilizzano un laser di innesco e amplificano il fascio attraverso fibre di vetro alimentate da diodi di pompaggio. Funzionano a una lunghezza d'onda di circa 1 nm. Il diametro focale della lente è di 064 micrometri, il che significa che è molto piccolo. Solitamente, i laser a fibra sono i più costosi tra tutti i dispositivi di taglio laser. 

I laser a fibra richiedono poca manutenzione e hanno una durata utile di almeno 25,000 ore laser, che è più lunga della durata utile di altri tipi di laser. Generano raggi forti e stabili in grado di sopportare intensità 100 volte superiori ai laser a CO2 con la stessa potenza media. Inoltre, i laser a fibra hanno diverse modalità operative, come raggi continui, impostazioni quasi pulsate o pulsate, che li rendono adattabili. 

Un MOPA, un sottotipo di laser a fibra, può regolare la durata dell'impulso, rendendolo adatto a varie applicazioni. I laser fibra sono il meglio nel campo della marcatura dei metalli tramite ricottura, incisione e marcatura di materiali termoplastici. Sono adatti per metalli, leghe e non metalli come vetro, legno e plastica. Sebbene siano perfetti per materiali sottili, i laser a fibra possono essere utilizzati per una varietà di materiali a seconda della potenza, ma i materiali più spessi potrebbero richiedere macchine a potenza maggiore.

3. Laser Nd:YAG/Nd:YVO

I laser Nd:YAG e Nd:YVO sono entrambe tecnologie basate sui cristalli e Nd:YVO (orto-vanadato di ittrio drogato al neodimio) è ampiamente utilizzato per la sua impeccabile. Questi laser forniscono un'elevata potenza di taglio ma sono relativamente costosi a causa del costo di installazione iniziale. Inoltre, hanno una durata di vita limitata (da 8,000 a 15,000 ore). I diodi della pompa sono anche la ragione dell'aumento dei costi totali.  

Questi dispositivi funzionano a una lunghezza d'onda di 1.064 micrometri, i laser Nd:YAG/Nd:YVO sono utilizzati in molti campi ingegneristici come quello medico, odontoiatrico, militare e manifatturiero. Nd:YVO, al contrario, ha un assorbimento della pompa maggiore, una larghezza di banda più ampia, ma una durata nello stato superiore più breve rispetto a Nd:YAG. Tuttavia, Nd:YAG consente l'uso di energie di impulso più elevate e la durata è normalmente superiore a Nd:YAG. 

Inoltre, questi laser sono in grado di lavorare metalli rivestiti e non rivestiti e non metalli come plastiche tecniche e, in alcuni casi, ceramiche. I cristalli Nd:YVO4 possono essere miscelati con cristalli ad alto coefficiente NLO per modificare i risultati di output dal vicino infrarosso al verde, blu o UV.

La sostituzione di ioni ittrio, gadolinio o lutezio con ioni di terre rare attive al laser non influisce notevolmente sulla struttura reticolare. Pertanto, viene mantenuta l'elevata conduttività termica dei materiali drogati.

Difetti comuni di qualità del taglio laser dei metalli e misure preventive

Ecco una breve panoramica di alcuni difetti comuni riscontrati durante lamiera taglio laser.

1. Formazione di sbavature

Formazione di bave 

Nel taglio laser, le bave possono apparire come bordi rialzati o superfici ruvide sulle parti tagliate, influenzando così sia l'aspetto che la funzione delle parti. Questo problema può essere causato da fattori quali la messa a fuoco laser errata, la velocità di taglio troppo elevata o la pressione del gas di assistenza troppo bassa. 

2. Misure preventive 

Il laser deve essere regolato sulla massima messa a fuoco e qualità del raggio per ottenere le migliori prestazioni di taglio. 

• La posizione di messa a fuoco del laser, la densità di potenza e la velocità di avanzamento della macchina vengono regolate per ottenere tagli puliti. 
• Utilizzare il gas di assistenza corretto (ad es. azoto, anidride carbonica, azoto) e mantenere la pressione al livello corretto per favorire la rimozione del metallo fuso. 

 3. Zona termicamente alterata (ZTA)

Il taglio laser produce calore, che provoca una zona alterata dal calore lungo il bordo tagliato. Questa zona può modificare le proprietà del materiale, che a loro volta possono influire sulle prestazioni della parte. 

Misure preventive:

• I parametri di taglio come la densità di potenza del laser, la velocità di taglio e la messa a fuoco dovrebbero essere ottimizzati per ridurre l'apporto di calore. 
• Utilizza apparecchiature avanzate dal massimo livello di controllo ottimale dei parametri, come ugelli, lenti di messa a fuoco e luce. 
• Prendere in considerazione trattamenti post-taglio come la ricottura o la distensione per ridurre gli effetti ZTA e preservare l'integrità del materiale.

4. Aderenza delle scorie o scorie  

Le scorie o le scorie, il materiale fuso che si solidifica sulla superficie inferiore del taglio, possono influire sulla qualità del taglio e quindi tendono a richiedere la pulizia post-taglio.  

Misure preventive:

• I parametri di taglio dovrebbero essere ottimizzati per ridurre le bave, ad esempio, modificando la velocità di taglio o aumentando la pressione del gas di assistenza. 
• È necessario utilizzare la composizione del gas e la portata adeguate per l'espulsione del materiale fuso. 
•  L'utilizzo di tecniche di pulizia post-taglio (ad esempio, pulire la lama con un panno) è obbligatorio per garantire la sicurezza dell'utente. G. , molatura, sabbiatura) per rimuovere le scorie aderite, soprattutto dopo la saldatura laser per la longevità della macchina. 

 5. Rugosità o striature del bordo

Il taglio laser può provocare bordi ruvidi o irregolari, compromettendo così l'estetica e la funzionalità della parte.  

Misure di prevenzione:

• Regolare i parametri di taglio della macchina (potenza, velocità, velocità di avanzamento, pressione del gas di assistenza) per ottenere tagli uniformi. 
• Per evitarli è essenziale l'uso di ottiche di alta qualità e il controllo preciso dei parametri di processo sulla macchina per il taglio laser difetti del taglio laser.
•  I trattamenti post-taglio (ad es. applicazione di lozione, utilizzo di una crema idratante, ecc.) devono essere eseguiti dopo aver effettuato il taglio. G. , sbavatura, lucidatura) come richiesto per una migliore qualità dei bordi. 

6. Scolorimento del materiale

Inoltre, il processo può scolorire o ossidare i bordi, compromettendo l'aspetto e la qualità della superficie della parte. 

Misure di prevenzione:

Regolare i parametri di taglio per ridurre l'apporto di calore e quindi lo scolorimento (e). G. , potenza, posizione di messa a fuoco del laser, velocità). 

• La chiave è l’uso del giusto gas ausiliario per proteggere il materiale dall’ossidazione durante il taglio. 
• I trattamenti post-taglio (ad esempio antibiotici) sono misure aggiuntive adottate dopo il taglio per prevenire l'infezione, la passivazione e migliorare i rivestimenti superficiali. Questi metodi vengono utilizzati per rendere l'oggetto esteticamente attraente e per fermare l'ossidazione.

  7. Il processo di deformazione o distorsione

Il taglio laser di materiali sottili ad alta potenza può causare deformazioni a causa del calore intenso. 

Misure di prevenzione:

• L'uso di un laser cutter ad alta potenza e frequenza pulsante aiuterà a ridurre l'apporto di calore e quindi il rischio di deformazione. 
• Assicurarsi di utilizzare il bloccaggio o il fissaggio corretto per ridurre il movimento del materiale durante il taglio.

8. Variazione della larghezza del taglio

Taglio laser

La larghezza del taglio, che è molto importante per la precisione delle dimensioni e del montaggio, deve essere la stessa per evitare impatti negativi sulle superfici di taglio e sulle giunture. 

Misure preventive:

• Verificare l'allineamento e la calibrazione delle macchine laser. 
• La lente e la sorgente laser devono essere controllate regolarmente per garantire che la qualità del raggio sia sempre coerente. 
• Dovrebbero essere implementati sistemi di feedback a circuito chiuso per il monitoraggio in tempo reale e la regolazione dei parametri di taglio per mantenere costante la larghezza del taglio.

9. Il processo di Risolidificazione del Materiale 

La lavorazione laser può talvolta portare alla solidificazione o alla rifusione del materiale lungo i bordi tagliati, che a loro volta causano superfici ruvide. 

Misure preventive:

• I parametri di taglio come la posizione del fuoco del laser, la potenza e la velocità dovrebbero essere ottimizzati per ridurre le possibilità di risolidificazione o rifusione. 
• Scegliere la composizione e la portata del gas di assistenza appropriate per agevolare la rimozione del materiale fuso. 
• Utilizzare trattamenti post-taglio (ad esempio applicando una crema idratante o un unguento curativo) dopo aver effettuato il taglio. G. , molatura, levigatura) per rendere lisce le superfici ruvide. 

10. Ottimizzazione della composizione del gas

Per ottenere i migliori risultati di taglio, i diversi materiali necessitano di particolari composizioni di gas. La composizione errata del gas può causare tagli errati, aumento della bava o apporto di calore eccessivo. 

Misure di prevenzione:

È necessario consultare le specifiche del materiale e le linee guida del produttore per scoprire la composizione del gas appropriata. 

• Se necessario, modifica la composizione del gas, ad esempio utilizzando una miscela di azoto e ossigeno per l'acciaio inossidabile taglio laser acciaio. 
• La composizione del gas deve essere regolarmente controllata e mantenuta per verificarne l'accuratezza e la coerenza. 

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Applicazioni industriali del taglio laser

All'avanguardia applicazioni di taglio laser sono così diffusi nelle industrie di produzione di materiali. Ecco alcuni settori comuni che utilizzano il laser CNC menzionati di seguito;

1. Industria automobilistica

Il taglio laser è diventato uno strumento indispensabile per l’industria automobilistica perché fornisce precisione e flessibilità per la produzione di un’ampia gamma di componenti per interni automobili. Le rigorose tolleranze di questo settore sono perfettamente soddisfatte dalla tecnologia laser. Pertanto, la sua applicabilità nella creazione di parti e modelli di progettazione complicati è preziosa ed è impossibile da ottenere con i metodi convenzionali di stampaggio o fustellatura. Il taglio laser delle lamiere viene utilizzato nell'industria automobilistica per realizzare diversi articoli come parti di automobili, componenti, pressofusioni, forgiature e stampaggi. 

2. Industria dei dispositivi medici

L’industria dei dispositivi medici utilizza il taglio laser per produrre prodotti necessari come pacemaker, stent e cateteri. I raggi laser fondono, vaporizzano o bruciano con precisione il materiale, fornendo così tagli puliti e precisi essenziali per i progetti complessi richiesti nei dispositivi medici. Le specifiche del materiale e del prodotto finale determinano il metodo di taglio laser da utilizzare; i componenti in acciaio inossidabile vengono solitamente tagliati con laser a CO2, mentre la plastica viene solitamente tagliata con laser a fibra.

3. Industria della bellezza 

  L'industria della gioielleria, ricca di storia, ha accettato la tecnologia del taglio laser per cambiare il suo artigianato. Il taglio laser, che in precedenza veniva eseguito manualmente, ora ha reso il design dei gioielli più preciso e complesso. Questa tecnologia è in grado di creare modelli complessi nei metalli, tagliare pietre preziose e incidere testi o immagini su gioielli. Gli articoli di gioielleria più comuni come anelli, pendenti, orecchini e braccialetti sono tra quelli creati con il taglio laser, quindi l'industria ha trovato un nuovo modo di essere creativi e progettare i gioielli.

4. Produzione ceramica 

 La produzione della ceramica è il processo di modellatura e cottura di materiali ceramici per produrre diversi prodotti. Il taglio laser è il fattore più importante in questo processo perché fornisce le forme esatte e i disegni complessi della ceramica. Taglio laser CO2, famoso per la sua precisione e velocità, è il metodo più popolare per realizzare elementi decorativi, piastrelle, ceramiche e sculture con motivi complessi. Questa tecnologia ha reso il processo di produzione della ceramica più rapido e semplice, pertanto la creazione di disegni intricati è stata possibile ad alta velocità.

5. Industria del silicio

Il taglio laser è un utensile cruciale nell'industria del silicio, in particolare nella produzione di wafer in silicio. Questi wafer trovano solitamente ampio utilizzo nella produzione di dispositivi elettronici. In generale, i laser CNC a CO2 sono estremamente utilizzati per modellare queste complicate caratteristiche dei wafer. Alcuni esempi principali includono; componenti di circuiti integrati, celle solari e chip semiconduttori.

6. Industria degli imballaggi

Le aziende di imballaggio utilizzano macchine da taglio laser CNC per la produzione di diversi prodotti di imballaggio come scatole, contenitori e coperchi. Vengono utilizzate due principali tecnologie di taglio laser: i laser a CO2 sono utilizzati per tagliare cartone, carta e plastiche sottili, mentre i laser a fibra sono utilizzati per materiali di imballaggio più spessi e resistenti. Queste tecnologie sono il motivo per cui è ora possibile produrre soluzioni di imballaggio precise ed efficienti, necessarie nel settore, in grado di soddisfare i requisiti di durata e personalizzazione. Il processo di imballaggio è la procedura di copertura dei prodotti per la loro sicurezza e il trasporto. Il taglio laser è lo strumento principale per la produzione di prodotti di imballaggio come scatole, contenitori e coperchi. Vengono utilizzate due principali tecnologie di taglio laser: i laser a CO2 sono utilizzati per cartone, carta e plastiche sottili, e i laser a fibra sono utilizzati per materiali più spessi.

7. Industria della lavorazione dei metalli

Questi settori dipendono fortemente dai progressi tecnologici, soprattutto nel campo del taglio laser. La lavorazione dei metalli è il processo di modellatura del metallo utilizzando vari strumenti. Il taglio laser è il processo principale nella produzione di travi, colonne, tubi, tubazioni e lamiere per settori quali l'edilizia, l'automotive e l'aerospaziale. 

Servizi di taglio laser CNC di precisione presso Prolean

Il taglio laser CNC richiede laser potenti e rigorosi protocolli di sicurezza per la garanzia della qualità, ma può comportare costi iniziali elevati. L'outsourcing a professionisti esperti come Pro-lean, che aderiscono agli standard ISO 9001:2015, garantisce servizi di fabbricazione di prim'ordine con attenzione ai dettagli e tempi di consegna rapidi. Il nostro avanzato servizi di taglio laser soddisfare diverse esigenze di progetto, offrendo sempre risultati di alta qualità. 

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Riassumendo 

Il taglio laser è diventato uno strumento indispensabile in molti settori manifatturieri. Il taglio laser della lamiera ha cambiato la produzione, rendendo la produzione di parti metalliche dal design intricato molto efficiente e versatile. I suggerimenti forniti migliorano la produttività dei tuoi progetti di taglio laser. 

Il processo è molto flessibile in quanto può tagliare lamiere di diversi spessori, da lamine sottili a lastre spesse. La sua flessibilità è il motivo per cui viene utilizzato in diversi settori come quello automobilistico, aerospaziale, elettronico e altri.

DOMANDE FREQUENTI

Q1. Quanto costa il taglio laser?

I servizi di taglio e incisione laser vengono pagati a £ 1 al minuto di tempo di produzione. Ad esempio, un lavoro di 30 minuti costerebbe £ 30 più costi aggiuntivi per materiali e installazione della grafica. Un lavoro di un’ora costerebbe £ 60. A seconda della loro intensità e complessità, possono essere concessi sconti per lavori più grandi.

Q2. Quanto è preciso il taglio laser?

Il taglio laser ha una notevole precisione dimensionale, solitamente entro ±0. 5 pollici, con una larghezza di taglio sottile o un taglio sottile fino a 0 pollici, che è il risultato della potenza del laser e dello spessore del materiale. La capacità della tecnologia di focalizzare fino a 004-10 micron dimostra la sua capacità per lavori complessi e dettagliati, che sono molto importanti nei settori aerospaziale, elettronico e automobilistico, dove la precisione è la chiave.

Q3. Qual è la differenza tra taglio laser e taglio plasma?

Il taglio laser è il più veloce, il più preciso e presenta le migliori finiture superficiali rispetto al taglio al plasma. È bravo a realizzare tagli complessi e disegni dettagliati. Tuttavia, le macchine per il taglio al plasma richiedono meno manutenzione e sono generalmente più economiche delle apparecchiature per il taglio laser.

Q4. Considerazioni sulla progettazione per una precisione ottimale del taglio laser?

La procedura per ottenere i tagli laser corretti si basa sulla scelta dei materiali giusti, sulla comprensione delle capacità del laser cutter e sull'eliminazione dei problemi legati al calore nei progetti. Progetta la sequenza di taglio, utilizza guide di precisione e assicurati che le impostazioni siano ottimali e che la macchina sia ben mantenuta per la stessa precisione. Gli operatori responsabili della regolazione delle impostazioni e delle procedure per ottenere i livelli di precisione desiderati sono quelli specializzati