Servizio di taglio laser

La crescente facilità di accesso ai servizi e alle macchine per il taglio laser ha permesso a soggetti che vanno dagli hobbisti fai da te fino alle aziende manifatturiere di lunga data, di ottenere indubbi vantaggi. Si prevede che il mercato crescerà ulteriormente, considerato che il mercato globale delle macchine per il taglio laser è stato valutato a 3,37 miliardi di dollari nel 2020 e potrebbe quasi raddoppiare entro il 2027, raggiungendo un valore di 6,69 miliardi di dollari.

Laser è l'acronimo di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Focalizzando un fascio di luce intensamente concentrato e potente attraverso una lente, si produce un laser che può tagliare i materiali. L'azione di taglio dipende dalla fusione e/o dall'erosione nella zona dell'interfaccia laser-metallo.

Dalle incisioni al taglio completo del metallo, il taglio laser permette di gestire numerosi progetti, dalla prototipazione e dai test alle linee di produzione in scala reale.

Con le macchine per il taglio laser, sono numerosi i vantaggi possibili rispetto a processi di produzione sottrattiva simili, come le macchine a CNC:

• Precisione: La quantità di taglio, ovvero di materiale che viene rimosso, è sostanzialmente inferiore quando si tagliano pezzi con il laser, in genere meno di 1 mm. Questo si traduce in tagli più precisi rispetto alle punte per frese a CNC che sono grandi e che permettono di ottenere angoli arrotondati piuttosto che angoli maggiormente rettilinei. Poiché le macchine per il taglio laser operano a partire da file vettoriali, producono anche pezzi altamente dettagliati e il più vicino o quasi perfettamente uguali al disegno originale previsto.

• Velocità: Le macchine per il taglio laser non richiedono le impostazioni più noiose delle macchine a CNC; se il materiale è sicuro, non sono necessari morsetti. Anche la pulizia, la ripetibilità e il passaggio a un altro prodotto tagliato al laser sono più veloci, poiché i materiali di scarto sono pochi. A seconda del diodo o dell'emettitore laser, la stessa strumentazione può essere utilizzata più volte senza cambiare teste o punte. Inoltre, praticamente non serve alcuna successiva lavorazione del materiale completato e tagliato,, poiché i tagli sono precisi.

• Operatività: Anche la possibilità di tagliare disegni diversi su un'ampia gamma di materiali è un aspetto positivo. É possibile tagliare materiali densi come i metalli e il legno, materiali più morbidi e delicati come il cartone e fogli sottili che possono essere tagliati secondo specifiche precise. Le macchine per il taglio laser non richiedono tanto spazio quanto le macchine a CNC. Anche la curva di apprendimento e la fase di prova ed errore del funzionamento non sono così ripide come la lavorazione a CNC.

Come già precisato, solo i file vettoriali, come quelli utilizzati nei disegni grafici, possono essere implementati per i disegni per il taglio laser. I file che possono essere caricati su una macchina includono formati .DXF, .DWG, .SVG, .PDF e .AI, con un tipo preferito a seconda della macchina specifica. Attraverso un software come SOLIDWORKS, CATIA o Draftsight di Dassault Systèmes, è possibile ideare, convertire ed esportare i progetti in un file vettoriale che può essere letto dalle macchine per il taglio laser.

Per questo motivo, i progetti 3D devono essere scomposti in più parti e rasterizzati in uno spazio 2D, dove poi possono essere assemblati. La scelta del materiale determinerà anche il tipo di emettitore di taglio laser su cui verranno eseguiti i progetti. I laser rossi e neri emettono una potenza inferiore e producono meno calore, mentre gli emettitori laser a _CO2 funzionano su una più ampia varietà di materiali e sono migliori su materiali organici e più morbidi come plastica, schiume, tessuti e legno. I diodi laser blu e in fibra stanno diventando sempre più ricercati grazie alla loro efficienza e al tasso di assorbimento attraverso la maggior parte dei metalli, ma si consiglia di prestare la massima attenzione quando si lavora con materiali acrilici, plastica, vetro e legno, poiché questi materiali tendono a deformarsi o a prendere fuoco maggiormente quando soggetti ad un raggio laser diretto.

La scelta dei materiali determina anche la scelta ottimale del wattaggio di uscita delle frese laser. La regola empirica è la seguente: più denso è il materiale, maggiore è la potenza/il tempo necessario per tagliarlo e minore deve essere la larghezza del nodo. Gli acciai, il rame e altri metalli densi richiedono più tempo per essere tagliati, con uno spessore massimo compreso tra 1 mm e 10 mm con laser da 500W, fino a 8 mm e fino a 20 mm con un laser da 3.000W. I materiali più morbidi consentono diversi centimetri, anche se potrebbero essere necessarie più passate a causa della distanza focale del laser. Anche in questo caso, bisogna tenere conto di come il materiale reagirà al laser, oltre che del tipo di taglio che verrà inciso e della possibilità di incidere o bruciare i materiali.

Deve anche esserci uno spazio o una distanza sufficiente tra due linee di taglio nel materiale che viene sottoposto a taglio con laser. A causa della tendenza di un metallo a fondersi e/o erodersi quando viene tagliato con il laser, è ancora più importante tenere conto di questo aspetto. Una buona regola è quella di distanziare le linee di taglio alla stessa distanza dello spessore del metallo. Per una lastra di metallo di 0,25 pollici di spessore, le linee di taglio dovrebbero essere distanti almeno 0,25 pollici. Per alcune caratteristiche di design, come le tacche, la distanza tra le caratteristiche dovrebbe essere maggiore dello spessore del materiale. Interagire sempre con il proprio partner di produzione o il produttore di apparecchiature di lavorazione al laser per richiedere linee guida di design più specifiche.

Una volta fatte tutte le considerazioni su cosa si sta progettando e su quale materiale si sta utilizzando, tutto torna. I progetti in 2D possono essere redatti e visualizzati più facilmente attraverso un software come DraftSight. Con questo processo è possibile ridurre molti scarti e costi, prima ancora che il progetto venga caricato sulla macchina. I tagli troppo vicini e stretti tra loro possono compromettere l'intero materiale. Inoltre si deve tenere in debita considerazione la larghezza del taglio, per quanto piccola, a livello di angoli e giunzioni. Assicurarsi che nel progetto i pezzi siano ancora in grado di incastrarsi tra loro utilizzando i nodi, le fessure e le linguette, come se si trattasse di assemblare i pezzi di un puzzle. A seconda del materiale, varierà la dimensione tra i tagli nelle fessure e nei nodi.

Il percorso di taglio ottimale richiede la minor quantità di movimento e di taglio. Segue le linee del percorso renderizzato nell'immagine vettoriale finale per valutare se è possibile ottimizzare ulteriormente. Le linee che si intersecano possono rovinare completamente i disegni e i materiali. Potrebbero essere incluse le linee doppie, dato che alcuni laser sono di solito abbastanza potenti da realizzare un taglio sufficiente in una sola passata. Ripassare due volte non è solo tempo, ma anche potenziale materiale sprecato durante il processo di produzione. A seconda della macchina stessa, i dettagli sottili, i giunti e le curve a 90 gradi possono diventare un problema, quando il nodo decelera nel punto di rotazione e brucia più materiale del previsto. Tutti questi errori comuni possono essere evitati creando il file giusto al primo tentativo con il software giusto.

Si tratta di un gioco di equilibri per inserire il maggior numero di pezzi tagliati all'interno di un pezzo di materiale, di un design e di una serie di tagli con la minor quantità possibile di scarti e di tagli necessari. Il vantaggio del design 2D è la facilità d'uso e la riduzione delle complicazioni. Con la crescita del mercato delle macchine per il taglio laser, a CNC, della stampa 3D e di altri processi di produzione su piccola scala, crescerà anche la necessità di strumenti e metodi di progettazione senza soluzione di continuità.