Lavorazione e taglio laser e LBM

TAGLIO LASER is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING tecnologia che utilizza un laser per tagliare i materiali e in genere viene utilizzato per le applicazioni di produzione industriale. In LASER BEAM MACHINING (LBM), una sorgente laser focalizza l'energia ottica sulla superficie del pezzo. Il taglio laser dirige l'output altamente focalizzato e ad alta densità di un laser ad alta potenza, tramite computer, sul materiale da tagliare. Il materiale mirato quindi si scioglie, brucia, evapora o viene spazzato via da un getto di gas, in modo controllato lasciando un bordo con una finitura superficiale di alta qualità. Le nostre taglierine laser industriali sono adatte per il taglio di lastre piane, materiali strutturali e di tubazioni, pezzi metallici e non metallici. Generalmente non è richiesto il vuoto nei processi di lavorazione e taglio del raggio laser. Esistono diversi tipi di laser utilizzati nel taglio e nella produzione laser. L'onda pulsata o continua CO2 LASER  è adatta per il taglio, la barenatura e l'incisione. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical nello stile e differiscono solo nell'applicazione. Il neodimio Nd è usato per noioso e dove è richiesta alta energia ma bassa ripetizione. Il laser Nd-YAG invece viene utilizzato dove sono richieste potenze molto elevate e per alesatura e incisione. Entrambi i laser CO2 e Nd/Nd-YAG possono essere utilizzati per LASER WELDING. Altri laser che utilizziamo nella produzione includono Nd:GLASS, RUBY ed EXCIMER. In Laser Beam Machining (LBM), i seguenti parametri sono importanti: La riflettività e la conduttività termica della superficie del pezzo e il suo calore specifico e calore latente di fusione ed evaporazione. L'efficienza del processo Laser Beam Machining (LBM) aumenta al diminuire di questi parametri. La profondità di taglio può essere espressa come:

 

t ~ P / (vxd)

 

Ciò significa che la profondità di taglio “t” è proporzionale alla potenza assorbita P e inversamente proporzionale alla velocità di taglio v e al diametro del punto del raggio laser d. La superficie prodotta con LBM è generalmente ruvida e presenta una zona termicamente alterata.

 

 

 

TAGLIO E LAVORAZIONE LASER A CARBONDIOSSIDO (CO2): I laser CO2 eccitati in CC vengono pompati facendo passare una corrente attraverso la miscela di gas mentre i laser CO2 eccitati RF utilizzano l'energia a radiofrequenza per l'eccitazione. Il metodo RF è relativamente nuovo ed è diventato più popolare. I modelli DC richiedono elettrodi all'interno della cavità e quindi possono presentare l'erosione degli elettrodi e la placcatura del materiale degli elettrodi sull'ottica. Al contrario, i risonatori RF hanno elettrodi esterni e quindi non sono soggetti a questi problemi. Utilizziamo laser CO2 nel taglio industriale di molti materiali come acciaio dolce, alluminio, acciaio inossidabile, titanio e plastica.

 

 

 

YAG LASER CUTTING and MACHINING: Utilizziamo i laser YAG per il taglio e l'incisione di metalli e ceramiche. Il generatore laser e l'ottica esterna richiedono il raffreddamento. Il calore di scarto viene generato e trasferito da un liquido di raffreddamento o direttamente all'aria. L'acqua è un liquido di raffreddamento comune, di solito fatto circolare attraverso un refrigeratore o un sistema di trasferimento del calore.

 

 

 

TAGLIO LASER A ECCIMERI e LAVORAZIONE: Un laser a eccimeri è un tipo di laser con lunghezze d'onda nella regione dell'ultravioletto. La lunghezza d'onda esatta dipende dalle molecole utilizzate. Ad esempio le seguenti lunghezze d'onda sono associate alle molecole indicate tra parentesi: 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 353 nm (XeF). Alcuni laser ad eccimeri sono sintonizzabili. I laser ad eccimeri hanno l'attraente proprietà di poter rimuovere strati molto sottili di materiale superficiale senza quasi nessun riscaldamento o modificare il resto del materiale. Pertanto i laser ad eccimeri sono adatti per la microlavorazione di precisione di materiali organici come alcuni polimeri e materie plastiche.

 

 

 

TAGLIO LASER ASSISTITO DA GAS: A volte utilizziamo raggi laser in combinazione con un flusso di gas, come ossigeno, azoto o argon per il taglio di materiali in fogli sottili. Questo viene fatto usando a LASER-BEAM TORCH. Per l'acciaio inossidabile e l'alluminio utilizziamo il taglio laser ad alta pressione assistito da gas inerte con azoto. Ciò si traduce in bordi privi di ossido per migliorare la saldabilità. Questi flussi di gas soffiano anche via il materiale fuso e vaporizzato dalle superfici del pezzo.

 

 

 

In a LASER MICROJET CUTTING  abbiamo un laser guidato a getto d'acqua in cui un raggio laser pulsato è accoppiato a un getto d'acqua a bassa pressione. Lo usiamo per eseguire il taglio laser mentre utilizziamo il getto d'acqua per guidare il raggio laser, simile a una fibra ottica. I vantaggi del microgetto laser sono che l'acqua rimuove anche i detriti e raffredda il materiale, è più veloce del tradizionale taglio laser "a secco" con velocità di taglio più elevate, taglio parallelo e capacità di taglio omnidirezionale.

 

 

 

Distribuiamo diversi metodi di taglio utilizzando i laser. Alcuni dei metodi sono vaporizzazione, fusione e soffiaggio, fusione e soffiatura, cracking da stress termico, incisione, taglio e combustione a freddo, taglio laser stabilizzato.

 

- Taglio a vaporizzazione: il raggio focalizzato riscalda la superficie del materiale fino al suo punto di ebollizione e crea un foro. Il buco porta a un improvviso aumento dell'assorbimento e approfondisce rapidamente il buco. Quando il foro si approfondisce e il materiale bolle, il vapore generato erode le pareti fuse soffiando via il materiale e allargando ulteriormente il foro. I materiali non fondenti come legno, carbonio e plastica termoindurente vengono solitamente tagliati con questo metodo.

 

- Taglio a fusione e soffiaggio: utilizziamo gas ad alta pressione per soffiare il materiale fuso dall'area di taglio, diminuendo la potenza richiesta. Il materiale viene riscaldato fino al punto di fusione e quindi un getto di gas fa uscire il materiale fuso dal taglio. Ciò elimina la necessità di aumentare ulteriormente la temperatura del materiale. Tagliamo i metalli con questa tecnica.

 

- Incrinature da stress termico: i materiali fragili sono sensibili alla frattura termica. Un raggio si concentra sulla superficie provocando riscaldamento ed espansione termica localizzati. Ciò si traduce in una fessura che può quindi essere guidata spostando la trave. Usiamo questa tecnica nel taglio del vetro.

 

- Stealth dicing di wafer di silicio: la separazione dei chip microelettronici dai wafer di silicio viene eseguita mediante il processo di dicing stealth, utilizzando un laser Nd:YAG pulsato, la lunghezza d'onda di 1064 nm è ben adottata per il band gap elettronico del silicio (1,11 eV o 1117 nm). Questo è popolare nella fabbricazione di dispositivi a semiconduttore.

 

- Taglio reattivo: chiamato anche taglio alla fiamma, questa tecnica può essere simile al taglio con cannello a ossigeno ma con un raggio laser come fonte di accensione. Lo usiamo per il taglio di acciaio al carbonio con spessori superiori a 1 mm e anche lamiere di acciaio molto spesse con poca potenza del laser.

 

 

 

PULSED LASER forniscono un'esplosione di energia ad alta potenza per un breve periodo e sono molto efficaci in alcuni processi di taglio laser, come la perforazione, o quando sono richiesti fori molto piccoli o velocità di taglio molto basse. Se invece si utilizzasse un raggio laser costante, il calore potrebbe raggiungere il punto di fusione dell'intero pezzo in lavorazione. I nostri laser hanno la capacità di pulsare o tagliare CW (Continuous Wave) sotto il controllo del programma NC (controllo numerico). Usiamo DOUBLE PULSE LAERS emettendo una serie di coppie di impulsi per migliorare la velocità di rimozione del materiale e la qualità del foro. Il primo impulso rimuove il materiale dalla superficie e il secondo impulso impedisce al materiale espulso di leggere sul lato del foro o di tagliarlo.

 

 

 

Le tolleranze e la finitura superficiale nel taglio e nella lavorazione laser sono eccezionali. Le nostre moderne taglierine laser hanno una precisione di posizionamento di circa 10 micrometri e una ripetibilità di 5 micrometri. Le rugosità standard Rz aumentano con lo spessore della lamiera, ma decrescono con la potenza del laser e la velocità di taglio. I processi di taglio e lavorazione laser sono in grado di raggiungere tolleranze strette, spesso entro 0,001 pollici (0,025 mm) La geometria delle parti e le caratteristiche meccaniche delle nostre macchine sono ottimizzate per ottenere le migliori capacità di tolleranza. Le finiture superficiali che possiamo ottenere dal taglio del raggio laser possono variare da 0,003 mm a 0,006 mm. Generalmente otteniamo facilmente fori con un diametro di 0,025 mm e fori piccoli fino a 0,005 mm e rapporti profondità-diametro del foro di 50 a 1 sono stati prodotti in vari materiali. Le nostre taglierine laser più semplici e standard tagliano il metallo in acciaio al carbonio con uno spessore di 0,020–0,5 pollici (0,51–13 mm) e possono essere facilmente fino a trenta volte più veloci della segatura standard.

 

 

 

La lavorazione a raggio laser è ampiamente utilizzata per la perforazione e il taglio di metalli, non metalli e materiali compositi. I vantaggi del taglio laser rispetto al taglio meccanico includono una presa del pezzo più facile, pulizia e una ridotta contaminazione del pezzo (poiché non c'è tagliente come nella fresatura o tornitura tradizionale che può essere contaminato dal materiale o contaminare il materiale, cioè l'accumulo di bue). La natura abrasiva dei materiali compositi può renderli difficili da lavorare con metodi convenzionali ma facili da lavorare con il laser. Poiché il raggio laser non si usura durante il processo, la precisione ottenuta potrebbe essere migliore. Poiché i sistemi laser hanno una piccola zona interessata dal calore, c'è anche una minore possibilità di deformare il materiale che viene tagliato. Per alcuni materiali il taglio laser può essere l'unica opzione. I processi di taglio del raggio laser sono flessibili e l'erogazione del raggio in fibra ottica, il semplice fissaggio, i brevi tempi di configurazione, la disponibilità di sistemi CNC tridimensionali consentono al taglio e alla lavorazione laser di competere con successo con altri processi di fabbricazione della lamiera come la punzonatura. Detto questo, la tecnologia laser può talvolta essere combinata con le tecnologie di fabbricazione meccanica per una migliore efficienza complessiva.

 

 

 

Il taglio laser di lamiere ha il vantaggio rispetto al taglio al plasma di essere più preciso e di utilizzare meno energia, tuttavia, la maggior parte dei laser industriali non è in grado di tagliare lo spessore del metallo maggiore rispetto al plasma. I laser che operano a potenze superiori come 6000 Watt si stanno avvicinando alle macchine al plasma per la loro capacità di tagliare materiali spessi. Tuttavia il costo di capitale di queste taglierine laser da 6000 Watt è molto più alto di quello delle macchine per il taglio al plasma in grado di tagliare materiali spessi come la lamiera d'acciaio.

 

 

 

Ci sono anche degli svantaggi del taglio e della lavorazione laser. Il taglio laser comporta un elevato consumo energetico. L'efficienza del laser industriale può variare dal 5% al 15%. Il consumo energetico e l'efficienza di un particolare laser varieranno a seconda della potenza di uscita e dei parametri operativi. Ciò dipenderà dal tipo di laser e da quanto bene il laser si adatta al lavoro in corso. La quantità di potenza di taglio laser richiesta per un'attività particolare dipende dal tipo di materiale, dallo spessore, dal processo (reattivo/inerte) utilizzato e dalla velocità di taglio desiderata. La velocità di produzione massima nel taglio e nella lavorazione laser è limitata da una serie di fattori tra cui la potenza del laser, il tipo di processo (reattivo o inerte), le proprietà del materiale e lo spessore.

 

 

 

In LASER ABLATION  rimuoviamo materiale da una superficie solida irradiandola con un raggio laser. A basso flusso laser, il materiale viene riscaldato dall'energia laser assorbita ed evapora o sublima. Ad alto flusso laser, il materiale viene tipicamente convertito in plasma. I laser ad alta potenza puliscono un grande punto con un singolo impulso. I laser a bassa potenza utilizzano molti piccoli impulsi che possono essere scansionati in un'area. Nell'ablazione laser rimuoviamo il materiale con un laser pulsato o con un raggio laser ad onda continua se l'intensità del laser è sufficientemente alta. I laser pulsati possono praticare fori estremamente piccoli e profondi attraverso materiali molto duri. Impulsi laser molto brevi rimuovono il materiale così rapidamente che il materiale circostante assorbe pochissimo calore, pertanto la perforazione laser può essere eseguita su materiali delicati o sensibili al calore. L'energia laser può essere assorbita selettivamente dai rivestimenti, pertanto i laser pulsati CO2 e Nd:YAG possono essere utilizzati per pulire superfici, rimuovere vernice e rivestimento o preparare le superfici per la verniciatura senza danneggiare la superficie sottostante.

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object. Queste due tecniche sono infatti le applicazioni più utilizzate. Non vengono utilizzati inchiostri, né si tratta di punte di utensili che entrano in contatto con la superficie incisa e si consumano, come nel caso dei tradizionali metodi meccanici di incisione e marcatura. I materiali appositamente progettati per l'incisione e la marcatura laser includono polimeri sensibili al laser e nuove leghe metalliche speciali. Sebbene le apparecchiature per la marcatura e l'incisione laser siano relativamente più costose rispetto ad alternative come punzoni, spille, stili, timbri per incisione... ecc., sono diventate più popolari grazie alla loro precisione, riproducibilità, flessibilità, facilità di automazione e applicazione in linea in un'ampia varietà di ambienti di produzione.

 

 

 

Infine, utilizziamo i raggi laser per diverse altre operazioni di produzione:

 

- SALDATURA LASER

 

- TRATTAMENTO TERMICO LASER: Trattamento termico su piccola scala di metalli e ceramiche per modificarne le proprietà meccaniche e tribologiche superficiali.

 

- TRATTAMENTO / MODIFICA DELLA SUPERFICIE LASER: I laser vengono utilizzati per pulire le superfici, introdurre gruppi funzionali, modificare le superfici nel tentativo di migliorare l'adesione prima della deposizione del rivestimento o dei processi di giunzione.