Taglio freddo

Un nuovo procedimento di taglio laser con raffreddamento ad acqua sta riscuotendo notevole successo grazie ai vantaggi in termini di qualità, flessibilità e risparmio.

Circondando il fascio laser focalizzato con acqua nebulizzata, il dispositivo CoolLine raffredda la lamiera puntualmente. Questa innovazione permette di tagliare anche lamiere spesse in acciaio da costruzione con una buona stabilità di processo. Cortesia Trumpf.

Rifacciamoci a un vecchio detto: «Piccola causa: grande effetto»: con l’apporto di una quantità d’acqua corrispondente al contenuto di una tazzina da caffè, in un minuto si riesce a ottenere un taglio laser con “costole” (in questo articolo chiameremo così la larghezza minima di materiale che, per ogni spessore, può essere lasciata tra due linee di taglio vicine) notevolmente più sottili, sfruttando al massimo il materiale e ottimizzando la stabilità del processo per effetto dell’assenza di spruzzi di materiale metallico. Inoltre viene facilitata anche la lavorazione di materiali problematici. Il procedimento sviluppato dalla Trumpf, chiamato “CoolLine”, sta riscontrando un enorme successo. Per avere dei chiarimenti, abbiamo incontrato Tobias Reuther, responsabile marketing delle macchine a taglio laser 2D il quale ci ha parlato delle caratteristiche, dei vantaggi e di alcuni dettagli interessanti.

Signor Reuther, in cosa consiste la particolarità del procedimento?

Il dispositivo CoolLine – così in Trumpf abbiamo chiamato il taglio laser con raffreddamento ad acqua – presenta quattro vantaggi principali, tutti a favore di una maggiore flessibilità nel processo di taglio.

In primo luogo, la CoolLine permette il taglio di “costole” più sottili e contorni più complessi: quindi, adesso si possono realizzare geometrie che fino a ora erano fuori portata per il taglio laser. Per quanto riguarda la larghezza di queste “costole”, le lamiere spesse in acciaio da costruzione limitano le possibilità del taglio laser a causa dell’apporto termico nel materiale che induce un effetto a catena: il materiale si riscalda, questo causa un aumento dell’assorbimento della luce laser e ciò surriscalda maggiormente il materiale. Soprattutto quando si tratta spessori elevati, l’apporto di calore è tale che nel tentativo di tagliare “costole” sottili e contorni complessi, le pareti del taglio si brucino in modo incontrollato in un processo di autocombustione (questo fenomeno è proprio chiamato “self burning”). Per questo motivo ancora oggi le lamiere spesse in acciaio da costruzione non permettono il taglio di “costole” sottili, oppure richiedono grande impegno e molta attenzione nel lavoro. A volte occorre interrompere la lavorazione più volte per dare al materiale il tempo per raffreddarsi. Con il dispositivo CoolLine invece il materiale viene raffreddato direttamente durante l’incisione con piccoli spruzzi di acqua che fuoriescono dalla parte terminale dell’ugello e, grazie all’evaporazione di questo modesto getto, il materiale rilascia una potenza di raffreddamento pari a circa 1 kW, permettendo così il taglio di “costole” notevolmente più ristrette. Vi è poi un secondo grande vantaggio, dato dall’utilizzo più efficiente del materiale, un aspetto che per molti dei nostri clienti è di fondamentale importanza. Potendo raffreddare direttamente la zona di taglio, è possibile posizionare le parti da tagliare in modo più ravvicinato su un’unica lamiera, ottimizzando il taglio e riducendo lo scarto.

Il dispositivo CoolLine permette di tagliare «costole» più sottili e contorni più complessi. In questo modo è possibile tagliare pezzi che finora non potevano essere ottenuti con il taglio laser .Cortesia Lasertec

Potrebbe quantificare il risparmio di materiale?

Quantificare l’effettivo risparmio di materiale dipende molto dalla geometria e dalla dimensione del pezzo da tagliare. Se prendiamo l’esempio di una lastra in acciaio da costruzione con uno spessore di 20 mm, siamo riusciti a ridurre la distanza fra le parti da 20 a 10 mm, aumentando così del 30% il numero di pezzi presenti su una lamiera. Grazie al dispositivo CoolLine, nonostante il fatto che le “costole” siano notevolmente più sottili, è stato possibile tagliare i pezzi con una buona stabilità di processo. Con ciò, arriviamo al terzo vantaggio fondamentale del dispositivo CoolLine. Il taglio laser è naturalmente un processo di tipo termico e questo comporta inevitabilmente il riscaldamento del materiale. Quando la temperatura base della lamiera supera i 70°C, può verificarsi il cosiddetto effetto “self burning” (autocombustione). Incidendo solo la parte anteriore di un foglio di lamiera spessa 20 mm, formato grande 1.500 x 3.000 mm, dopo appena un’ora, la temperatura raggiunge facilmente i 70°C anche nella zona posteriore. A partire da tali temperature, l’ulteriore apporto di calore dato dal laser brucia il materiale e a volte non è possibile garantire un processo di taglio stabile producendo tagli non completi con conseguenti spruzzi di metallo fuso, con la conseguenza ovvia di avere molti scarti. Fino a ora la soluzione a questo fenomeno consisteva appunto nel tentativo di tagliare i pezzi da vari lati, possibilmente lontani fra loro, applicando magari dei tagli d’interruzione, per impedire la trasmissione del calore verso altri parti della lamiera, oppure sospendendo la lavorazione per un certo periodo di tempo per permettere il raffreddamento della parte. Nebulizzando l’acqua intorno al fascio laser focalizzato, si ottiene un efficace raffreddamento puntuale della lamiera. In questo modo, pur non evitando del tutto il riscaldamento, è possibile ridurlo efficacemente. La temperatura locale intorno alla zona di taglio rimane in questo modo notevolmente al disotto dei 70°C, permettendo un taglio ad alta precisione anche per lamiere spesse in acciaio da costruzioni. Con questo si arriva al quarto vantaggio offerto dalla tecnica CoolLine: il dispositivo facilita la lavorazione anche di lamiere in acciaio da costruzione che non siano specificatamente adatte al taglio laser. Bisogna tenere presente che il costo del materiale incide fino al 50% sul prezzo del pezzo finito ed è quindi ovvio che molte ditte cercano di usare materiali più economici per poter abbassare i prezzi. Grazie al raffreddamento puntuale, riusciamo ad ampliare un po’ la finestra di processo, permettendo la lavorazione stabile anche di materiali più scadenti. Naturalmente è qui più difficile quantificare questo vantaggio, visto che l’effetto dipende molto dal materiale stesso.

Finora abbiamo parlato dei vantaggi, ma quali aggiunte sono previste per la macchina?

Le aggiunte si limitano all’approvvigionamento e l’alimentazione di acqua deionizzata. L’acqua del rubinetto non è infatti adatta a questa tecnica CoolLine, poiché lascerebbe residui nelle condutture e sul materiale stesso, dato che nell’evaporazione verrebbero lasciate tracce di minerali e sali in essa contenuti. Inoltre, l’acqua deionizzata non pregiudica la regolazione capacitiva dell’altezza della testa di focalizzazione, visto che a differenza dell’acqua normale, quella deionizzata non ha le proprietà di un conduttore. Anche qualora l’acqua si fermasse localmente sulla lamiera, ciò non incide sul mantenimento della corretta posizione focale del fascio e quindi sul processo di taglio. L’acqua deionizzata può essere acquistata, oppure preparata con l’aiuto di un semplice filtro (scambiatore di ioni), procedimento simile a quello di un impianto addolcitore per la casa.

Tuttavia, quando l’acciaio da costruzione incontra l’acqua, la ruggine è in agguato …

Per principio, durante il processo di taglio, l’acciaio da costruzione si ossida in ogni caso; l’utilizzo di acqua deionizzata impedisce invece parzialmente l’ulteriore formazione di ruggine. Molti clienti ci chiedono quali siano le conseguenze sulla macchina laser; li posso tranquillizzare: l’apporto di acqua sulla lamiera è veramente minimo. Si tratta di circa 30 ml al minuto, appena il contenuto di una tazzina da caffè. Data la temperatura del materiale, questa quantità minima evapora piuttosto rapidamente e senza lasciare residui. Certo, può capitare che ogni tanto qualche goccia cada in basso sul nastro trasportatore, ma ciò non rappresenta un problema. Il nastro trasportatore, sottoposto da noi a test intensi e prolungati negli anni, non ha mai mostrato segni di una maggiore usura.

Quale è stata la reazione dei clienti alla presentazione della tecnica CoolLine?

Clamorosa, oltre ogni nostra aspettativa. Evidentemente, i quattro maggiori vantaggi descritti in precedenza rispondono in pieno alle esigenze dei nostri clienti. Non si spiegherebbe altrimenti l’ottimo riscontro e le tante richieste che abbiamo avuto e continuiamo ad avere. La maggioranza di queste richieste, tra l’altro, si basa sul fatto che grazie alla tecnica CoolLine si riescono a tagliare contorni che i nostri clienti finora non riuscivano a eseguire e che si possono lavorare materiali che fino a ora non erano adatti al taglio laser. Quindi possiamo già prevedere che in futuro, un gran numero dei nostri impianti di taglio laser sarà provvisto dell’opzione CoolLine.

Cosa possiamo dire a proposito degli impianti di taglio laser già esistenti? Si possono riattrezzare per il raffreddamento ad acqua?

Il dispositivo CoolLine può essere aggiunto solamente a macchine che siano dotate del nostro ultimo modello di testa di focalizzazione, riconoscibile dalla forma rotonda. Questo vale in particolar modo per la nuova generazione TruLaser della serie 3000 e della serie 5000, introdotta nel 2006. I modelli precedenti che presentano ancora la testa a forma quadrata, non sono adattabili. Tuttavia, considerando i grandi progressi fatti nella tecnica laser negli ultimi anni, da vari punti di vista, l’aggiunta della nuova tecnica su vecchi modelli non ha molto senso. Quindi, se si possiede ancora una macchina con otto o dieci anni di vita, conviene considerare l’acquisto di un nuovo modello, piuttosto che ricorrere all’istallazione sulla vecchia unità del dispositivo CoolLine.

L’impiego del sistema CoolLine conviene a partire da certi spessori di lamiera, probabilmente abbastanza alti …

Esatto. A causa di un diverso rapporto superficie-volume, le lamiere sottili subiscono un riscaldamento più contenuto. Inoltre il tempo di taglio è più breve e quindi il pezzo è esposto per un tempo minore all’energia laser. Mentre per tagliare una lamiera sottile, a volte occorrono solo pochi minuti, per una lastra spessa si possono impiegare anche una o due ore. Lo standard impostato dalla tecnica CoolLine si riferisce al taglio di lamiere che abbiano uno spessore di almeno 15 mm. È proprio in questi casi che si verificano gli effetti descritti, per cui con la tecnica CoolLine si ottengono i risultati migliori. Di fronte a una moltitudine di fattori, come spessore, superficie e composizione del materiale, lunghezza di taglio, larghezza delle “costole” numero di perforazioni e altri ancora, non si possono fare considerazioni generali. In ultima analisi spetta all’utente decidere, dove e quando intende impiegare il dispositivo CoolLine. In linea di massima, tuttavia, da ora in avanti consiglieremo a tutti i clienti che incontrano difficoltà nel taglio di lamiere in acciaio da costruzione o che hanno problemi con la stabilità di processo, di fare un tentativo con questo dispositivo CoolLine. L’acciaio inox invece non richiede il raffreddamento ad acqua, visto che non è soggetto all’effetto di autocombustione.

A quanto ammonta il dispendio aggiuntivo necessario per il funzionamento dell’unità CoolLine?

Per quanto riguarda la macchina, le aggiunte si limitano a una tanica inox e le relative condutture per l’acqua deionizzata, a una nuova testa di focalizzazione e a dati di taglio modificati. L’adduzione dell’acqua non implica alcuna limitazione per l’utente, avendo Trumpf subito scartato l’idea di una conduttura che raggiunge la testa di lavoro dall’esterno, optando invece per una soluzione completa, integrata nell’impianto e nella testa stessa. A tale scopo abbiamo modificato l’interno della testa, mettendovi un sistema di condutture. Quando l’operatore decide di passare alla modalità CoolLine, non è necessario connettere né tubi o cavi, né allacciare nulla. Basta sostituire la testa normale con quella dotata del dispositivo CoolLine, ed è fatta! La macchina riconosce automaticamente la nuova testa e mantiene anche la protezione anticollisione. Visto da fuori, la testa CoolLine si differenzia solo dall’ugello di taglio appena più grande, attraverso il quale vengono emessi non solo il raggio laser focalizzato e il gas necessario, ma anche l’acqua, nebulizzata dagli ugelli tutt’attorno al foro che consente l’uscita del fascio laser. Per il resto, la macchina rimane tale e quale. I laser impiegati sono quelli standard a CO2 di Trumpf, visto che il dispositivo CoolLine esiste solo per gli impianti di taglio con queste sorgenti. Un aspetto importante nello sviluppo era proprio una massima compatibilità con gli impianti già esistenti. Non ci sono modifiche nemmeno per quanto riguarda la qualità e la velocità di taglio. L’unica differenza sta proprio nell’acqua aggiunta al processo di taglio.

CONDIVIDI

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here