Come il taglio laser dell'alluminio ha cambiato le regole della lavorazione dei metalli

Il taglio laser dell'alluminio non è mai stato un gioco da ragazzi, considerando l'elevata conduttività termica e la riflettività ottica del materiale. Ma sotto molti aspetti, il laser a fibra ha cambiato le regole del gioco. Immagini Getty

Il laser a fibra ha cambiato il gioco del taglio laser, non solo per la sua velocità ma anche per la sua lunghezza d’onda. La lunghezza d'onda di 10,6 micron del raggio laser CO2 ha avuto decenni di successo sin dalla nascita dell'industria del taglio laser, ma quando si è trattato di materiali non ferrosi, la riflettività ottica ha fatto capolino. Questo complicato taglio laser di materiali non ferrosi su larga scala. Il taglio del rame e dell’ottone con un laser a CO2 era (ed è tuttora) raro, sebbene alcuni tenaci fabbricanti riuscissero nell’impresa.

Naturalmente il taglio dell’alluminio con un laser CO2 è abbastanza comune. Ma la lunghezza d’onda di 10,6 micron della CO2 non è ancora l’ideale, quindi il processo rimane un po’ come schiacciare un piccolo piolo rotondo in un foro quadrato più grande. Non è impossibile; il piolo entra ancora nel foro, ma fissarlo richiede un certo sforzo.

Poi, all’inizio di questo secolo, il laser a fibra entrò nella mischia con la sua lunghezza d’onda di 1 micron. I metalli più comuni nei fab shop assorbono di più e riflettono meno della lunghezza d'onda di 1 micron rispetto alla lunghezza d'onda di 10,6 micron. Nel campo del laser fibra, infatti, l’alluminio taglia molto bene, così come anche il rame e l’ottone.

Quindi, quando un produttore ottiene un taglio netto nell'alluminio o in un altro materiale non ferroso con il laser a fibra, cosa succede esattamente nel taglio stesso? Per rispondere a questa domanda, The FABRICATOR ha parlato con Charles Caristan, PhD, tecnico e direttore del mercato globale, fabbricazione e costruzione di metalli, presso l'ufficio di Conshohocken, Pennsylvania, di Air Liquide. Esperto di lunga data nel taglio laser, Caristan è l'autore della Guida al taglio laser per la produzione, pubblicata da SME.

Come ha spiegato Caristan, nella ricetta del taglio dei materiali non ferrosi c'è molto di più della lunghezza d'onda del fascio. Altri componenti includono la densità di potenza, la focalizzazione del raggio, la larghezza del taglio, il tipo di gas di assistenza e la portata. Mescola tutto insieme nel modo giusto e otterrai le velocità di taglio strabilianti del laser a fibra e tagli puliti, anche in una gamma di materiali non ferrosi che una volta erano considerati troppo riflettenti per essere tagliati con un raggio di luce laser CO2.

Si noti che quanto segue non copre i parametri di taglio specifici, che per la maggior parte delle macchine da taglio sono impostati dal produttore dell'attrezzatura. Alcuni produttori utilizzano queste impostazioni di fabbrica, altri le adattano in base ai requisiti dell'applicazione. Ciò che segue descrive, in termini basilari, non da "giornale fotonico", perché questi parametri funzionano in questo modo.

Se qualcuno dice che qualcosa nel taglio laser è impossibile o poco pratico, è probabile che un produttore da qualche parte lo abbia reso possibile e pratico. Ad esempio, Caristan ha ricordato di aver visitato anni fa un produttore che tagliava una lega di rame spessa 0,125 pollici utilizzando un laser CO2 da 2,5 kW. "Il produttore ha fatto questo per anni", ha detto. "La testa di taglio si muoveva lentamente e l'operatore doveva interrompere il ciclo di taglio a metà per lasciarlo raffreddare. Non era carino, ma era fattibile."

Il taglio laser di materiali non ferrosi ha una storia di incontri e superamenti di ostacoli. Come ha spiegato Caristan, i primi ad adottare il laser CO2 hanno sperimentato alcuni seri problemi di crescita durante il taglio del materiale riflettente. Inizialmente, hanno visto gli effetti delle caratteristiche di basso assorbimento dell'alluminio che producevano riflessi posteriori.

"Quindi non solo il processo di taglio laser era meno efficiente", ha detto Caristan, "ma dovevano anche affrontare la retroriflessione attraverso i sistemi ottici, risalendo fino alle cavità dei risonatori laser, spesso distruggendoli. Abbiamo ho imparato molto da allora. La maggior parte delle macchine, compresi i sistemi laser a fibra, sono dotate di ottiche integrate e controlli numerici che attenuano o impediscono la retroriflessione."

I produttori di utensili e stampi prestano attenzione alla resistenza e alle proprietà di taglio del materiale. Ingegneri e tecnici che sviluppano parametri di taglio laser indirizzano la loro attenzione altrove, comprese le caratteristiche di assorbimento e riflettività di un materiale; punto di fusione; viscosità del materiale fuso; conduttività termica; e le condizioni della superficie del materiale, inclusi film e rivestimenti.