Le tecniche di produzione sottrattiva sono operazioni tipiche per la fabbricazione di componenti in ambito industriale. Un esempio primario di tali tecniche è il taglio laser della lamiera, una procedura di produzione essenziale.
Il processo focalizza il raggio laser sulla superficie del materiale per bruciare, vaporizzare o sciogliere i materiali e infine produrre i risultati desiderati. Poiché si tratta di un processo preciso e accurato, semplifica la fabbricazione di componenti con dettagli complessi.
Questo articolo è una guida completa con tutte le informazioni necessarie di cui potresti aver bisogno sul taglio laser prima di avventurarti per il tuo prossimo lavoro di produzione.
Cos'è il taglio laser della lamiera?
La lavorazione della lamiera è una delle principali tecniche di produzione industriale. Pertanto, il taglio laser della lamiera sembra essere una delle procedure più utilizzate. La lavorazione tramite taglio laser utilizza un fascio di luce ad alta potenza (laser) per tagliare lamiere piatte e sottili. Il processo è gestito da ottiche e tecnologie a controllo numerico computerizzato (CNC), che garantiscono l'elevata precisione dei pezzi tagliati al laser.
Storia del taglio laser della lamiera
La tecnologia del taglio laser esiste da oltre 60 anni, il primo tentativo di tagliare lamiere risale al 1960.
Nel 1964, CO2 i laser erano già in uso per la produzione di dettagli complessi come la saldatura delle molle degli orologi. L'automazione e le caratteristiche di alta precisione del taglio laser rispetto ad altri processi di taglio li hanno resi ampiamente accettati per la produzione delicata e la produzione di grandi volumi.
I laser a fibra furono prodotti per la prima volta negli anni '60, ma solo alla fine degli anni '80 prima di raggiungere il mercato commerciale. Gli anni '1990 sono considerati l'età dell'oro della tecnologia laser, poiché hanno lasciato il posto a molti laser ad alta potenza, come i laser a stato solido, che hanno notevolmente migliorato l'efficienza e la produttività. All'inizio degli anni 2000, i servizi di taglio laser erano ormai una tecnica di produzione ampiamente accettata utilizzata da diversi settori, come quello automobilistico e aerospaziale.
Tipi di laser per il taglio della lamiera
Esistono tre diverse forme di laser per il taglio dei materiali nella produzione industriale. Ogni laser cutter ha caratteristiche uniche che lo distinguono dagli altri. Detto questo, di seguito è riportato un riepilogo completo dei tre tipi di laser cutter.
Laser a fibra
Macchine da taglio laser in fibra Sono tra i dispositivi di taglio di precisione più potenti. Appartengono ai laser a stato solido e utilizzano laser seed per amplificare il fascio con speciali fibre di vetro. Sono efficaci per il taglio di pezzi di metalli, leghe e non metalli come vetro, plastica e persino legno. Oltre alle semplici operazioni di taglio, sono adatti per l'incisione e la ricottura dei metalli.
I tagli del laser a fibra sono più estesi di altri; questo potrebbe spiegare la loro elevata potenza. Possiedono una lunga durata di servizio non inferiore a 25,000 ore e quindi richiedono meno manutenzione. Producono alcune delle travi più forti e stabili. Tuttavia, sono più adatti per materiali con spessore inferiore a 20 mm.
Laser CO2
CO2 i laser producono il raggio di luce facendo passare l'elettricità attraverso un tubo riempito con una miscela di gas. La miscela di gas contiene principalmente anidride carbonica e gas inerti – elio e azoto, le forme più comuni per i laser.
Tuttavia, sono meno potenti rispetto ai laser a fibra. CO2 solo le macchine laser possono tagliare metalli non metallici come legno, acrilico e plastica. In alcuni casi, possono funzionare anche per il taglio laser di lamiere, in particolare fogli sottili di alluminio e alcuni altri metalli non ferrosi.
[Potresti voler sapere il Laser a fibra o laser a CO2: qual è quello più adatto a te?.]
Laser di cristallo
I laser cutter per cristalli esistono in due forme: cristalli Nd:YAG (granato di ittrio e alluminio drogato con neodimio) e Me:YVO (orto-vanadato di ittrio drogato con neodimio, YVO4). Entrambi sono dispositivi di taglio incredibilmente potenti. Tuttavia, sono piuttosto costosi ma hanno circa la metà dell’aspettativa di vita dei laser a fibra: da 8,000 a 15,000 ore. Sono adatti per il taglio di metalli rivestiti e non rivestiti, non metalli e plastica e persino ceramica in circostanze specifiche.
Tre processi di taglio laser della lamiera
Il taglio laser della lamiera è il processo termico che prevede l'utilizzo di un raggio laser per tagliare pezzi da una lamiera. Principalmente, esistono tre metodi per tagliare la lamiera.
Taglio per fusione del raggio laser
Il taglio per fusione utilizza un gas da taglio inerte, spesso azoto o argon, per spingere fuori il materiale fuso dalla torcia di taglio. Poiché utilizza gas inerte, previene l'ossidazione del tagliente senza reagire con il processo. Il processo è adatto per lamiere piane e sottili e per i casi in cui il materiale deve soddisfare elevati requisiti visivi e minori esigenze di post-elaborazione.
Taglio a fiamma con raggio laser
Il taglio a fiamma utilizza ossigeno gassoso per espellere il materiale fuso. Ciò provoca una reazione esotermica che aumenta l'apporto energetico complessivo del processo. Il processo è ideale per il taglio di acciaio dolce, tra gli altri tipi di lamiere e materiali fusibili come la ceramica.
Taglio a sublimazione del raggio laser
Il taglio a sublimazione utilizza un laser per far evaporare parti di un materiale con minore fusione. Come il taglio per fusione, i gas inerti – azoto, elio o argon – servono come gas da taglio, garantendo che i taglienti siano privi di ossidanti. Sebbene sia lento, produce bordi di alta qualità per un taglio di alta precisione.
Vantaggi del taglio laser della lamiera
Di seguito sono riportati cinque vantaggi critici di questa tecnica di produzione.
Tagli di alta precisione
Il raggio di luce taglia i metalli con altissima precisione nella lavorazione con taglio laser. L'accuratezza e la precisione con cui il laser fonde ed evapora i materiali non sono paragonabili a molti altri metodi di taglio. Alcuni strumenti di fustellatura hanno livelli di tolleranza compresi tra 1 e 3 mm, mentre i sistemi di taglio laser tagliano con una precisione fino a 0.003 mm.
Elevato utilizzo dei fogli
I laser cutter offrono l'opportunità di utilizzare una grande percentuale dei materiali di fabbricazione. La tecnologia lascia poco o nessuno spazio agli sprechi: la macchina massimizza il numero di parti utilizzabili di qualsiasi lamiera. Pertanto, meno preoccupazioni nel fornire materiali in eccesso; puoi acquistare l'importo esatto sapendo che sarà sufficiente.
Estrema versatilità di taglio
Le operazioni di taglio laser sono altamente flessibili e versatili. Un unico laser cutter funziona bene per diverse operazioni di taglio, come tagli semplici, complessi con dettagli intricati, marcature, foratura e persino incisioni. Pertanto, i produttori non hanno bisogno di sostituire periodicamente gli utensili durante il processo.
Basso consumo energetico
I laser cutter non richiedono lo spostamento di diverse parti del dispositivo, a differenza di altre macchine da taglio. Ciò consente loro di tagliare efficacemente pezzi di materiale senza consumare troppa energia. Mentre i laser cutter possono funzionare con 10kW di energia, la maggior parte delle altre procedure possono consumarne fino a cinque volte.
Danno minimo o nullo
Forse pensi che l'esposizione del calore ai materiali nel taglio laser possa causare deformazioni o distorsioni delle parti o addirittura danni totali. Ebbene, questo non è vero. Le parti interessate dal calore nel taglio laser sono minime e non rappresentano una minaccia per la tolleranza delle caratteristiche o dei componenti dopo la fabbricazione.
Svantaggi del taglio laser della lamiera
Nonostante i suoi numerosi vantaggi, il taglio laser della lamiera presenta alcuni limiti. Discutiamone.
Necessità di operatore specializzato
Per utilizzare al meglio i tuoi sistemi di taglio laser, potrebbe essere necessario assumere un professionista per utilizzare la macchina per la fabbricazione delle parti. Un esperto, ad esempio, rileverà rapidamente un guasto o una configurazione errata che potrebbe compromettere i processi produttivi o addirittura l'integrità della macchina.
Limitazioni sullo spessore del metallo
Sebbene il taglio laser possa funzionare bene con una vasta gamma di materiali, comprese le lamiere metalliche, si consiglia di utilizzare altre procedure di taglio quando si tratta di metalli spessi. I tipici tagliatori laser sono ottimi per tagliare lamiere di alluminio con uno spessore massimo di 15 mm e acciaio di 6 mm.
Gas nocivi
Poiché i sistemi di taglio laser fondono ed evaporano i materiali, rilasciano in modo significativo fumi nocivi durante il taglio della plastica. Di conseguenza, è fondamentale eseguire il taglio laser in una stanza ben ventilata o in un ambiente di lavoro sicuro.
Investimento iniziale elevato
Il costo di un laser cutter di alta qualità è elevato. Un tipico sistema di taglio laser può costare circa $ 3000, ovvero il doppio del costo dei sistemi di taglio a getto d'acqua o al plasma. Per impegnarsi nei servizi di taglio laser come mezzo commerciale, è necessario sostenere un investimento iniziale elevato.
Suggerimenti per la progettazione di parti tagliate al laser
Per un utilizzo efficace ed efficiente dei servizi di taglio laser per i vostri componenti, è necessario seguire i seguenti suggerimenti per la progettazione del vostro prodotto di taglio laser.
I tuoi dettagli non possono essere più piccoli dello spessore del metallo
Lo spessore è un fattore importante da considerare nelle operazioni di taglio laser. Si riferisce direttamente alla potenza del laser. Pertanto, maggiore è lo spessore, minore sarà la capacità del laser di penetrare e tagliare il materiale. Tuttavia, aumentando a volte la potenza del laser potrebbe aumentare la probabilità di tagliare tale materiale.
Ricorda il Kerf
Il design del laser rende importante notare ciò che la gente chiama Kerf. Kerf è il materiale che evapora quando il raggio laser colpisce il materiale tagliato dal laser. Non è solo nel taglio laser. È visibile in altri processi di lavorazione sottrattiva. Il taglio laser Kerf avviene a causa dello spessore del raggio laser. È una cosa importante da tenere in considerazione durante la fase di progettazione.
Scegli il materiale giusto
Il materiale giusto è la cosa più importante da considerare prima di un'operazione di taglio laser. La scelta di un materiale dipende dalle proprietà che si desidera che abbia il prodotto finale. Ad esempio, i materiali hanno proprietà diverse in termini di rigidità, traslucenza e flessibilità. Presso Rapid Direct avrai accesso a diversi tipi di taglio laser di lamiere, plastica, carta, ecc.
Le spaziature sono importanti
La spaziatura è molto importante nel taglio laser per eliminare l'errore e ottenere il miglior risultato possibile. La spaziatura minima dovrebbe essere uguale allo spessore del materiale. Ad esempio, nel taglio laser della lamiera, se la lamiera ha uno spessore di 2 mm, la spaziatura tra due percorsi sarà di 2 mm. È importante anche se stai cercando di lavorare su diversi progetti di lamiera tagliata al laser.
Converti il tuo testo in punti di ancoraggio e curve
Non tutte le operazioni laser richiedono il taglio del testo. Tuttavia, se devi incorporare del testo, dovresti distanziare le lettere del testo e scriverle in grande formato. Questo per un funzionamento più fluido e il miglior risultato. Se le lettere sono vicine, possono sovrapporsi, rendendo l'iscrizione illeggibile.
La conoscenza dei suggerimenti sopra riportati può aiutare a ridurre i costi di fabbricazione della lamiera.
Alternative al taglio laser
Forse non vuoi utilizzare il taglio laser e non sei sicuro di come tagliare le forme dalla lamiera; di seguito sono riportate altre opzioni di fascia alta per le vostre esigenze di produzione.
EDM
L'EDM, Elettroerosione a Caldo, come il taglio laser, utilizza l'energia termica per rimuovere frammenti di materiale. Utilizza scariche elettriche (scintille) per ritagliare la forma desiderata da un materiale. Rispetto al taglio laser, l'EDM produce una finitura superficiale migliore con una minore zona termicamente alterata. Inoltre, è adatta al taglio di pezzi di materiale temprato.
Fresatura CNC
La fresatura CNC prevede l'utilizzo di frese rotanti ad alta velocità per modellare i materiali. Le operazioni di fresatura funzionano bene in metalli, leghe e non metalli. Come il taglio laser, sono un processo di produzione sottrattiva ad alta precisione. La differenza principale tra i due processi è che mentre la fresatura utilizza utensili da taglio – frese rotanti, per ritagliare o modellare disegni, il taglio laser utilizza raggi di luce, fusione laser o bruciatura della forma del disegno.
Taglio a getto d'acqua
Il taglio a getto d'acqua è una tecnica di produzione che prevede l'utilizzo di acqua o di una miscela di acqua e sostanze abrasive ad alta pressione per tagliare un pezzo di materiale.
Di seguito è riportato un confronto tra il taglio a getto d'acqua e il taglio laser.
- I laser cutter possono incidere numeri o segni, mentre il taglio a getto d'acqua consente solo il taglio.
- Entrambi sono adatti al taglio di un'ampia gamma di materiali. Tuttavia, i getti d'acqua non possono tagliare materiali più spessi rispetto ai laser cutter, fino a 50 mm.
- Il taglio laser ha livelli di tolleranza migliori e presta maggiore attenzione ai dettagli complessi, il che li rende la scelta migliore per geometrie complesse.
Punzonatura
La punzonatura utilizza una punzonatrice per ritagliare la forma desiderata da un pezzo di materiale. Come altre operazioni CNC, la punzonatura è una tecnica altamente precisa per la fabbricazione di parti ed è adatta anche per una vasta gamma di materiali. Tuttavia, la punzonatura non è l’ideale per fabbricare componenti con geometrie complesse.
Conclusione
Il taglio laser è una tecnologia utilizzata nella prototipazione rapida per il taglio dei materiali. Questo articolo ha introdotto il funzionamento, la sua storia, le tipologie e altre informazioni che potresti conoscere. Crediamo che tu abbia già imparato qualcosa sul taglio laser. Tuttavia, puoi affidarti a Krrass per i migliori prodotti per il taglio laser.
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