L’automazione intelligente, rende il laser più efficiente

Una piccola carpenteria si è dotata di un sistema di taglio laser altamente automatizzato che rende le lavorazioni più efficienti e adattabili a diversi tipi di richieste.

Taglio laser (con sorgente in fibra da 3 kW, su sistema Cy-Laser) di bracci per lucernari presso le Officine Meccaniche Piacenti a Forlimpopoli (foto Lasertec).

Abbiamo avuto la possibilità di visitare molti utilizzatori di impianti per il taglio della lamiera piana realizzati dall’azienda vicentina Cy-Laser che ha sviluppato sistemi per taglio laser  impiegando per la prima volta in Italia e nel mondo le sorgenti laser in fibra. Il Sig. Campana, titolare dell’azienda, è stata una delle prime persone a vedere in queste sorgenti a elevata brillanza delle nuove possibilità applicative: elevata efficienza di generazione del fascio, ridotti costi operativi per effetto della mancanza di gas laseranti, grande compattazione all’interno del sistema di lavoro, un insieme di fattori atti a stimolare un ambiente, quello del taglio laser, afflitto già da alcuni anni da una sovrabbondanza di utilizzatori e prossimo a una saturazione. A nostro avviso, la grande capacità del Sig. Campana è stata quella di ritagliarsi (specialmente all’inizio della propria attività negli anni 2004-2005) un proprio mercato. All’inizio dell’operazione era infatti difficile proporre la soluzione dei laser in fibra ai centri per la lavorazione della lamiera in conto terzi, poiché esistevano delle oggettive difficoltà tecnologiche che impedivano a questo nuovo utensile di competere con le tradizionali sorgenti a CO2 che erano ben note al mercato: potevano dare velocità di lavoro nettamente superiori nel taglio di piccoli spessori (in genere inferiori a 5-6 mm di acciaio dolce), ma avevano dei limiti sulla qualità dei bordi di taglio per gli acciai legati con spessori superiori a queste quantità, che dovevano essere tagliati con azoto ad alta pressione). In altre parole: avevano difficoltà a entrare come prima macchina presso vecchi utilizzatori della tecnologia laser. La grande scoperta commerciale del Sig. Campana, in parte derivata dalla sua esperienza come distributore di macchine per la lavorazione della lamiera, è stata quella di proporre i suoi sistemi ai diretti clienti dei job shop laser che si trovavano di fronte all’offerta di un sistema con costo di investimento contenuto, con minimi costi operativi e con ridotta occupazione dello spazio. A questo punto grande era la tentazione di riappropriarsi della realizzazione dei propri componenti (con tutte le garanzie di sicurezza dalle copiature) e di riproporsi per altri clienti a costi ridotti. Riteniamo che, all’inizio, oltre il 90% dei clienti delle unità Cy Laser rientrino in questa casistica, un settore difficilmente intaccabile dai più costosi sistemi di taglio con laser a CO2 che potevano vantare inizialmente un campo di applicazione più vasto e quindi più interessante, ma prevalentemente per chi voleva proporsi integralmente come centro per lavorazioni laser per conto terzi. Era naturale che per questa tipologia di clienti non risultasse necessario disporre di unità di carico/scarico automatico delle lamiere poiché, innanzitutto, non si era di fronte alla necessità di contenere all’eccesso i tempi di produzione, e, successivamente, poiché i clienti nella gran parte, si trovavano a operare con lamiere di ridotto spessore e quindi facilmente maneggiabili, sia in ingresso (come lamiere grezze) sia in uscita (come componenti lavorati). In genere poi, in queste aziende, mancava la necessità di operare su più turni.

Verso un’automazione completa

Negli ultimi tempi la situazione tecnologica del taglio con laser ad alta brillanza è decisamente cambiata: sono aumentati gli studi di base che hanno dimostrato le effettive possibilità della luce a 1 μm a operare in maniera efficiente anche su elevati spessori di acciai inossidabili (anche se con una qualità dei bordi leggermente inferiore a quanto ottenibile tradizionalmente con le sorgenti a CO2, ma con costi maggiori); è stato dimostrato che queste sorgenti possono consentire di avere praticamente gli stessi risultati rispetto ai laser a CO2 per quanto riguarda le striature sui bordi di materiali in acciaio al carbonio. Da qui la necessità anche per Cy Laser di adeguarsi alle nuove possibilità tecnologiche; quindi lo sviluppo di unità di carico/scarico automatico, elemento che incominciava a diventare indispensabile quando queste unità venivano installate (in misura sempre maggiore) anche presso centri di lavorazione per conto terzi.

Carico/scarico automatico in una piccola azienda

Gruppo cartesiano Cy-Laser di carico lamiere con ventose e scarico foglio tagliato tramite forche (foto Lasertec).

Negli anni anche Cy Laser si è specializzata nella realizzazione non solo di unità di carico/scarico di lamiere, ma anche nella realizzazione di linee complete di produzione, partendo da magazzini a torre. Siamo allora andati a visitare una piccola carpenteria italiana (con 10 addetti), ma molto conosciuta nella zona: Officine Meccaniche Piacenti, operante nel suo nuovo capannone a Forlimpopoli (Fo). Qui abbiamo incontrato il titolare, sig. Antonio Piacenti. «Il nostro centro è operativo da 40 anni e forse, anche per questo, siamo molto noti. Nel 2011 abbiamo acquistato il nostro impianto laser con sorgente in fibra con potenza da 3 kW e, nonostante l’unità sia dotata di un unico tavolo di lavoro, abbiamo voluto dotarlo di una unità automatica di carico automatico delle lamiere e scarico dell’intera lastra tagliata». Al nostro interlocutore chiediamo innanzitutto perché si sia dotato di un impianto laser. «Sino al 2011 utilizzavamo con profitto una punzonatrice, anche se i pezzi da questa lavorati erano poi da rifinire e pulire. Abbiamo acquistato l’unità laser per allargare il nostro campo d’azione (abbiamo già trovato clienti per il taglio di lamiere in rame e lega di alluminio) e per soddisfare le esigenze di tempi di lavorazione stretti, come sempre abbiamo fatto, nel nostro piccolo, anche in passato». Durante la visita nel reparto produttivo vediamo infatti che ci sono molti componenti in alluminio realizzati per montare pannelli solari sui tetti e per dispositivi di raccolta dell’acqua piovana. «Si tratta di componenti sviluppati e prodotti da noi, al di fuori della nostra attività principale di lavorazione in conto terzi». Per inciso, occorre dire che durante la nostra visita l’unità laser era occupata a tagliare componenti in ferro dolce (spessore: 3 mm) per bracci di lucernari. A questo proposito il signor Piacenti ci dice: «La nostra piccola azienda opera per realizzare componenti per lucernari, per unità di allevamento polli e galline, per macchine agricole, per strutture fotovoltaiche,… Anche se siamo dotati di un impianto automatico di carico/scarico di lamiere e pezzi, normalmente operiamo su un turno di lavoro».

L’impianto nel dettaglio

Il sistema Cy Laser utilizzato da Piacenti risulta modificato rispetto alla configurazione tradizionale che prevede una tavola uscente frontalmente, in quanto questa fuoriesce dalla parte posteriore, verso il gruppo di carico/scarico. L’unità di carico è costituita da un gruppo di 18 ventose autoescludenti (nel caso in cui le dimensioni della lamiera da caricare fossero inferiori rispetto al normale campo di lavoro di 3 x 1.5 m). La lamiera da prelevare viene sfogliata dal pacco, il suo spessore viene controllato automaticamente mediante un dispositivo meccanico a rotelle (il sistema è in grado di sollevare lamiere fino a spessori di 15 mm, anche se il cliente dichiara che, raramente, ha a che fare con spessori superiori a 10 mm). Tutte le ventose possiedono due misuratori di depressione al fine di garantire la loro capacità di presa della lamiera. Per assicurarsi del distacco di una sola lamiera vi è un dispositivo di soffio d’aria. Il gruppo cartesiano che sostiene il sistema di ventose è traslabile lungo l’asse Y per depositare la lamiera sul tavolo di lavoro che è nel frattempo uscito automaticamente da sistema. Il signor Campana ci dice: «Per il corretto posizionamento della lamiera sul tavolo di taglio non ci basiamo sulle precisioni del posizionamento della pila di lamiere e su quella delle gruppo di ventose di carico. Quando la lamiera è posizionata all’interno del sistema, è la testa di lavoro, con il suo dispositivo capacitivo sviluppato internamente, a riconoscere l’orientamento della lamiera stessa e regolare corrispondentemente le coordinate di taglio».  Per quanto riguarda il prelievo della lamiera tagliata, questa operazione viene effettuata con l’apposito ausilio di forche che, entrando tra le aperture del letto di fachiro che sostiene il foglio lavorato, lo solleva e lo trasporta verso la zona di scarico; cosa che avviene in quanto la lamiera incontra 6 sostegni fissi che la fanno scivolare verso una posizione fissa di raccolta che può essere facilmente recuperata. Ci è sembrato una disposizione molto semplice e funzionale, anche se non aveva grandi elementi di originalità. Al signor Campana chiediamo se questa versione è utilizzabile anche nel caso in cui il sistema di lavoro utilizzi due tavole intercambiabili. «In linea di principio non ci sono grandi problemi, anche se, in questo caso, si deve tener conto del fatto che, nei nostri sistemi, i due bancali operano su altezze diverse».  Rispetto ai sistemi Cy Laser che abbiamo visto in precedenza, questa unità presenta poi interessanti caratteristiche anche dal punto di vista del taglio laser. Il Sig. Campana al riguardo ci ha detto: «Abbiamo preso spunto da questo sistema per introdurre molte soluzioni migliorative rispetto ai precedenti sistemi. Innanzitutto la testa di lavoro, di nostra progettazione, è stata interamente rivista, inserendo una movimentazione verticale indipendente per la lente di focalizzazione in modo da meglio adeguarla al taglio di materiali e/o spessori diversi (a dire il vero abbiamo in questo modo risposto a una esigenza dei clienti abituati a ragionare in termini delle tradizionali sorgenti a CO2, senza considerare che, con le grandi profondità di campo legate alla lunghezza d’onda di 1 μm, questo problema risulta essere meno importante con l’impiego dei laser in fibra). Successivamente abbiamo voluto dotare la testa di sensori che controllino lo stato della lente e anche l’intensità della luce che viene retroriflessa dal materiale in lavorazione. Nel primo caso si salvaguarda l’integrità del componente che focalizza la luce laser; nel secondo caso, oltre a bloccare l’insorgenza di quegli effetti negativi di “back reflection” che tutti i critici dell’utilizzo delle sorgenti in fibra considerano come causa prima di mal funzionamento del laser, il sistema utilizza questa informazione per ottimizzare, in maniera automatica, le condizioni di lavoro. Questo sviluppo originale è oggetto di una richiesta di brevetto. Abbiamo inoltre migliorato le prestazioni dinamiche del sistema di lavoro sia come velocità di traslazione rapida degli assi posta a 100 m/min, sia velocizzando la movimentazione della testa tra due zone di lavoro, che, infine, utilizzando i tempi rapidi di interruzione del fascio laser attraverso l’alimentatore interrompendo il taglio senza alterare le condizioni di movimentazione del sistema. In questo modo non solo ci siamo adeguati a quanto offerto dalle aziende concorrenti, ma abbiamo dotato il sistema di un importante elemento di ottimizzazione automatica delle condizioni di lavoro».

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