Ultra

Nov 20, 2023

Con l’introduzione dei laser a fibra a livello di kilowatt all’inizio degli anni 2000 e la loro successiva integrazione negli utensili da taglio alla fine degli anni 2000, i laser a fibra hanno trasformato il taglio laser da un metodo di nicchia a un processo di fabbricazione tradizionale. Da allora, i laser a fibra hanno dominato il taglio laser delle lamiere grazie alla loro facilità di integrazione, affidabilità, bassa manutenzione e bassi costi di capitale e operativi rispetto alla tecnologia laser precedente, alle elevate velocità di taglio e alla possibilità di aumentare la loro potenza. Il mercato del taglio laser è cresciuto di oltre il 10% annuo negli ultimi dieci anni, più del doppio del tasso di altri processi di taglio dei profili.

Negli ultimi anni, l’industria della fabbricazione ha visto una rapida adozione di laser a fibra ad altissima potenza (UHP) nell’intervallo da 10 a 40 kW per il taglio. Seguendo ogni anno i sistemi di taglio laser all'avanguardia nella sala espositiva di FABTECH o nei suoi seminari didattici, si sarebbe notato che la potenza massima disponibile per il taglio è aumentata drasticamente da 6 kW nel 2016 a 40 kW nel 2022, un aumento di quasi sette volte in sei anni. Solo negli ultimi tre anni la potenza massima del laser sui sistemi di taglio è balzata da 15 a 40 kW. Il ritmo serrato degli sviluppi del laser UHP è continuato quest'anno, guidato da due importanti sviluppi recenti: la disponibilità del laser a fibra da 50 kW per il taglio e i suoi test sul campo; e il rilascio di laser a fibra UHP ad alta efficienza con efficienza elettrica superiore al 50%, che offre significativi risparmi energetici per applicazioni di taglio ad alta potenza con cicli di lavoro elevati.

La sovrapposizione di tre importanti sviluppi negli ultimi anni ha reso fattibile la tendenza del taglio UHP, vale a dire la riduzione del costo/kW di potenza dei laser a fibra, la disponibilità di teste di taglio in grado di gestire la potenza ultraelevata del laser e una migliore conoscenza dell'ingegneria applicativa per quanto riguarda il taglio laser ad alta potenza.

Le velocità di taglio aumentano notevolmente con una maggiore potenza del laser, portando a una sostanziale riduzione dei costi operativi (compreso l'utilizzo di gas, tempo di ciclo per parte e consumo di energia per parte) e un costo per parte significativamente inferiore. La velocità di taglio della maggior parte degli spessori di acciaio inossidabile, ad esempio, è più che quadruplicata aumentando la potenza da 6 kW a 15 kW, utilizzando la stessa pressione del gas di assistenza e le stesse dimensioni dell'ugello (ovvero, lo stesso flusso di gas) sia nel taglio a bassa che ad alta potenza , portando a una riduzione molteplice del consumo di gas e di altri costi operativi.

I laser UHP consentono inoltre il taglio senza bava di acciaio al carbonio spesso e acciaio inossidabile con aria ad alta pressione invece del più costoso azoto, oppure il taglio con ossigeno molto più lento. Il taglio con il gas ad aria compressa è significativamente più veloce del taglio con ossigeno a potenze laser elevate, poiché nel taglio ad aria, a differenza del taglio con ossigeno, la velocità aumenta con la potenza del laser. Ad esempio, quando si taglia acciaio al carbonio di 16 mm di spessore con un laser da 30 kW, la velocità di taglio è maggiore di 9 m/min con il gas a supporto aria, ma è solo di circa 2 m/min quando si utilizza l'ossigeno.

Quando si taglia con gas ausiliario azoto per acciaio inossidabile di 10 mm di spessore, la velocità di taglio aumenta da circa 2 m/min a 6 kW a oltre 12 m/min a 15 kW, un aumento di sei volte con un aumento di potenza di 2,5 volte. Questa maggiore velocità determina facilmente una riduzione da due a tre volte del costo per pezzo per la maggior parte dei progetti. Tuttavia, un sistema di taglio laser due volte più produttivo non è due volte più costoso poiché il costo della sorgente laser per kilowatt diminuisce con l’aumentare della potenza del laser e il costo più elevato del laser viene assorbito nel costo complessivo della macchina utensile.

Migliorando significativamente le velocità di taglio, UHP ha reso il taglio laser più competitivo rispetto ai metodi di taglio meccanico come la punzonatura, preservandone i vantaggi esclusivi (vale a dire flessibilità, assenza di usura degli utensili, taglio senza contatto e capacità di tagliare pareti sottili complesse). Il vantaggio della punzonatura rispetto a qualsiasi processo di taglio di profili come il laser risiede tipicamente nella produzione in serie di parti con geometrie relativamente semplici, per le quali il costo iniziale iniziale degli utensili può essere giustificato. Tuttavia, poiché l’industria della fabbricazione richiede sempre più flessibilità, le elevate velocità di taglio fornite dai laser UHP hanno spostato la considerazione dei costi del laser rispetto alla punzonatura a favore dei laser.