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Nell'industria manifatturiera odierna, macchine per il taglio laser a fibra sono diventati uno strumento essenziale per la lavorazione dei metalli. Tra questi, il Macchina per il taglio laser a fibra da 2 kW Si distingue per il suo equilibrio tra potenza, efficienza e rapporto costi-benefici. Ma come funziona esattamente e perché così tante officine si affidano a lui?

1. Principio di generazione laser

Sorgente luminosa: un cavo in fibra ottica drogato con itterbio o altri elementi delle terre rare viene utilizzato come mezzo di guadagno. Una sorgente di pompaggio a semiconduttore (come un laser a diodo) eccita gli ioni delle terre rare all'interno della fibra, provocando transizioni ad alta energia e rilasciando luce di una lunghezza d'onda specifica (tipicamente luce nel vicino infrarosso a 1070-1080 nm).

Amplificatore in fibra:

Il laser viene ripetutamente riflesso e amplificato all'interno della fibra flessibile, formando un fascio laser continuo o pulsato ad alta densità di potenza e alta qualità.

2. Trasmissione e messa a fuoco laser

Trasmissione in fibra:

Il laser viene trasmesso attraverso la fibra flessibile alla testa di taglio, eliminando la necessità di complessi sistemi di specchi (a differenza dei laser CO₂), con conseguente minima perdita di energia (<5%) e idoneità alla trasmissione a lunga distanza.

Sistema di messa a fuoco:

Le lenti di collimazione e le lenti di messa a fuoco (tipicamente lenti asferiche) all'interno della testa di taglio focalizzano il raggio laser in un punto estremamente piccolo (diametro di circa 0,01–0,1 mm), ottenendo densità di potenza di 10⁶–10⁸ W/cm².

3. Meccanismo di taglio del materiale

Principali processi fisici nel taglio dei metalli:

Assorbimento e riscaldamento:

Le superfici metalliche presentano elevati tassi di assorbimento delle lunghezze d'onda dei laser a fibra (in particolare per materiali altamente riflettenti come rame e alluminio; i rivestimenti antiriflesso possono migliorare ulteriormente l'efficienza).

L'energia luminosa viene assorbita dagli elettroni e convertita in energia termica, provocando un aumento immediato della temperatura locale del materiale fino al suo punto di fusione o di ebollizione (ad esempio, circa 1500 °C per l'acciaio).

Fusione e vaporizzazione:

Taglio per fusione (adatto per acciaio al carbonio, acciaio inossidabile): l'energia laser fonde il materiale e i gas ausiliari (come azoto, ossigeno) soffiano via il metallo fuso.

Taglio a sublimazione (adatto per lamiere sottili o esigenze di alta precisione): il laser vaporizza direttamente il materiale senza bisogno di gas ausiliari (come metalli estremamente sottili o non metalli).

Ruolo dei gas ausiliari:

Ossigeno (O₂): reagisce esotermicamente con il metallo fuso (ossidazione), accelerando il taglio e migliorando la qualità delle superfici tagliate dell'acciaio al carbonio, ma può produrre uno strato di ossido.

Azoto (N₂): protezione inerte, previene l'ossidazione, adatta a materiali che richiedono tagli netti come acciaio inossidabile e alluminio.

Formazione della cucitura tagliata:

Il raggio laser si muove rispetto al materiale (controllato da un sistema CNC) per formare una giunzione di taglio continua.

Regolazione dinamica della posizione focale (ad esempio, testa di taglio con messa a fuoco automatica) per adattarsi a diversi spessori di materiale.

4. Sistema CNC e controllo del movimento

Controllo CNC:

I percorsi di taglio preimpostati (ad esempio file DXF) vengono convertiti da un computer in comandi di movimento meccanico, che azionano servomotori per controllare il movimento della testa di taglio o del tavolo di lavoro (assi X/Y/Z).

Precisione dinamica:

Le guide ad alta precisione e i motori lineari garantiscono un'accuratezza di posizionamento (±0,05 mm) a velocità di taglio fino a 50 m/min.

5. Vantaggi e limiti della potenza da 2 kW

Vantaggi:

Può tagliare materiali più spessi (ad esempio, acciaio al carbonio ≤20 mm, acciaio inossidabile ≤12 mm, alluminio ≤10 mm).

Velocità maggiore (dal 30% al 50% più veloce di una macchina laser da 1 kW).

Minore consumo energetico (efficienza di conversione elettro-ottica del 30%–50%, significativamente superiore ai laser CO₂ al 10%).

Limitazioni:

Per i materiali altamente riflettenti (ad esempio rame, oro) è necessaria una lavorazione speciale (ad esempio, la regolazione della frequenza degli impulsi).

I materiali estremamente spessi (ad esempio acciaio al carbonio >25 mm) potrebbero richiedere tagli multipli o metodi alternativi come il taglio al plasma/fiamma.

6. Componenti e tecnologie chiave

Laser a fibra: laser a fibra monomodale o multimodale da 2 kW di marche come IPG e SPI.

Testa di taglio: marche come Precitec e Raytools, comprese lenti protettive, ugelli del gas e sistemi di regolazione capacitiva dell'altezza.

Sistema di raffreddamento: le unità raffreddate ad acqua mantengono stabile la temperatura del laser (±1°C).

Sistema di rimozione della polvere: i fumi di taglio vengono gestiti tramite dispositivi di ventilazione o filtrazione.

7. Scenari applicativi tipici

Settori: lavorazione della lamiera, componenti automobilistici, settore aerospaziale, custodie elettroniche, ecc.

Materiali: acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, lega di alluminio, ottone, lega di titanio, ecc.

Tipi di lavorazione: taglio piano, foratura e taglio di contorni irregolari.

Tradotto con DeepL.com (versione gratuita)

Riepilogo:

La macchina per il taglio laser in fibra da 2 kW utilizza fasci laser in fibra ad alta energia, sistemi ottici di precisione e tecnologia CNC per ottenere un taglio efficiente e ad alta precisione di materiali metallici. I suoi principali vantaggi risiedono nell'elevata densità di potenza, nel basso consumo energetico e nei bassi costi di manutenzione, che la rendono particolarmente adatta alla lavorazione di lamiere di medio spessore. Nelle applicazioni pratiche, la potenza, la posizione focale e il tipo di gas ausiliario devono essere regolati in base alle caratteristiche del materiale per ottimizzare la qualità del taglio.

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