Fattori che influenzano la larghezza del taglio laser: ampiezza del taglio, cause e suggerimenti per il controllo

Nel taglio laser, un piccolo errore di taglio può trasformarsi in un vero problema di produzione. I fori potrebbero risultare troppo grandi, le linguette potrebbero allentarsi e i pezzi assemblati potrebbero non combaciare più come previsto.

Questa guida spiega in modo pratico i fattori che influenzano la larghezza del taglio laser : cosa si intende per larghezza del taglio, perché varia, come testarla e come controllarla prima della produzione.

Che cos'è il kerf nel taglio laser?

La definizione più semplice di kerf nel taglio laser è la seguente: il kerf è la larghezza del materiale rimosso dal raggio laser durante il taglio. Quando il raggio fonde, brucia o vaporizza il materiale, il gas di assistenza lo rimuove, lasciando uno stretto solco di taglio.

Quindi, cos'è il kerf nel taglio laser dal punto di vista della progettazione? Non è solo una linea di taglio visibile. È la perdita di materiale che modifica le dimensioni finali del pezzo.

Per esempio:

• Il profilo esterno potrebbe risultare leggermente più piccolo.
• Un foro interno potrebbe ingrandirsi leggermente.
• Una fessura potrebbe risultare troppo larga se non si tiene conto della larghezza del taglio.
• Un componente montato a pressione con elevata aderenza potrebbe cedere perché la larghezza di taglio effettiva è diversa da quella indicata nel disegno CAD.

Il termine "kerf" (spessore del taglio) è correlato alle tolleranze di taglio laser , ma non sono la stessa cosa. Il kerf rappresenta la larghezza del materiale rimosso, mentre la tolleranza indica quanto il pezzo finito si discosta dalle dimensioni richieste.

Perché la larghezza del taglio non è un numero fisso

Molti acquirenti cercano una semplice tabella delle larghezze di taglio laser o un valore fisso in millimetri per la larghezza tipica del taglio laser . Questo può essere utile per una pianificazione approssimativa, ma non dovrebbe essere considerato come un'impostazione definitiva per la produzione.

I risultati effettivi del taglio laser in termini di larghezza del solco dipendono dalla macchina, dalla lente, dalla qualità del fascio, dal materiale, dallo spessore, dal gas, dalla velocità e dalla posizione di messa a fuoco. Anche lo stesso materiale può comportarsi in modo diverso se la superficie è oleosa, rivestita, ossidata o ricoperta da una pellicola protettiva.

Una tabella degli spessori per il taglio laser è da utilizzare preferibilmente come punto di partenza. Per gli ordini reali, è comunque necessario effettuare delle prove di taglio, soprattutto per giunzioni strette, fori piccoli, parti decorative e produzioni ripetute.

Principali fattori che influenzano la larghezza del taglio laser

I principali fattori che influenzano la larghezza del taglio laser non sono isolati. Potenza, velocità, messa a fuoco, materiale, spessore e gas di assistenza agiscono in sinergia. La modifica di un parametro spesso richiede la regolazione di un altro.

Potenza laser e apporto di calore

Una maggiore potenza del laser fornisce più energia nella zona di taglio. Se la potenza è superiore al necessario, l'area fusa si allarga e il solco di taglio laser può aumentare. Può anche causare una maggiore formazione di scorie, ossidazione dei bordi o segni di calore.

Anche una potenza insufficiente rappresenta un problema. Il raggio potrebbe non tagliare in modo netto, soprattutto su lamiere metalliche. Gli operatori potrebbero quindi ridurre eccessivamente la velocità di taglio, il che a sua volta aumenta l'apporto di calore. Un buon controllo del taglio si ottiene solitamente con una potenza bilanciata, non con la potenza massima.

Velocità di taglio

La velocità di taglio controlla per quanto tempo il raggio laser rimane su una determinata area. Se la velocità è troppo bassa, il materiale assorbe più calore e il solco di taglio laser potrebbe allargarsi. Se la velocità è troppo alta, il raggio potrebbe lasciare un taglio incompleto o un bordo inferiore irregolare.

In fase di produzione, l'obiettivo non è semplicemente ottenere il taglio più stretto possibile. L'obiettivo è un taglio stabile, una qualità del bordo pulita e dimensioni ripetibili.

Posizione di messa a fuoco e dimensione dello spot

Il raggio laser ha un punto focale, non una colonna perfettamente diritta. La posizione di messa a fuoco influisce sulla larghezza del taglio superiore, sulla larghezza del taglio inferiore e sulla conicità del taglio stesso.

Un punto più piccolo può creare un solco laser più stretto , ma solo se la messa a fuoco è impostata correttamente in base al materiale e allo spessore. Su lamiere più spesse, una messa a fuoco errata può causare una differenza notevole tra la larghezza del taglio superiore e quella inferiore.

Tipo di materiale e condizioni della superficie

I diversi materiali da tagliare al laser reagiscono in modo diverso al calore. Acciaio inossidabile, acciaio al carbonio, alluminio, rame, ottone, titanio, acrilico e legno non si tagliano allo stesso modo. La conducibilità termica, la riflettività, il punto di fusione e il rivestimento superficiale influenzano tutti il ​​comportamento del solco di taglio.

Per il taglio dei metalli, i materiali riflettenti come alluminio, rame e ottone richiedono un controllo dei parametri più accurato. Per le superfici rivestite, verniciate, oleose o ricoperte da pellicole, la qualità dei bordi potrebbe risultare meno stabile e i fumi del taglio laser potrebbero diventare più nocivi. I controlli della superficie dovrebbero essere parte integrante del piano di taglio, non un'aggiunta successiva.

Spessore materiale

Lo spessore del materiale è uno dei fattori più evidenti che influenzano la larghezza del taglio laser . Materiali più spessi richiedono solitamente maggiore energia, una velocità di taglio inferiore, un flusso di gas più intenso o una diversa strategia di focalizzazione. Per questo motivo, una ricerca come "larghezza del taglio laser acciaio 15 mm di spessore" non può essere risolta con un singolo valore universale.

La stessa piastra d'acciaio da 15 mm può presentare risultati di taglio differenti a seconda della potenza del laser a fibra, del diametro dell'ugello, dell'utilizzo di ossigeno o azoto, delle condizioni della macchina e della strategia di taglio.

Tipo e pressione del gas di assistenza

Quindi, l'aria compressa influisce sulla larghezza del taglio nel taglio laser ? Sì. Il gas di assistenza rimuove il materiale fuso dal taglio e influisce sull'ossidazione, sul colore del bordo, sulle scorie e sulla stabilità del taglio.

I gas comunemente utilizzati includono ossigeno, azoto, aria compressa e argon. Una pressione più elevata non è sempre sinonimo di migliore. Una quantità insufficiente di gas potrebbe non essere sufficiente a rimuovere il metallo fuso. Una quantità eccessiva potrebbe invece disturbare il bagno di fusione o allargare il taglio. L'impostazione corretta dipende dal materiale, dallo spessore, dall'ugello e dalla velocità di taglio.

Taglio laser a fibra vs laser CO2 su lamiere metalliche

Quando si parla di taglio laser a fibra o a CO2 per lamiere metalliche , anche la sorgente laser è importante. I laser a CO2 sono ancora utilizzati in alcune applicazioni di taglio di materiali non metallici e metalli più datati, mentre il taglio laser a fibra è ormai più comune per la lavorazione di lamiere metalliche.

Per le lamiere metalliche, i laser a fibra offrono in genere un maggiore assorbimento di energia, una velocità di taglio più elevata e un potenziale di taglio più stretto, soprattutto su acciaio inossidabile o acciaio al carbonio di spessore sottile e medio. Tuttavia, il solo tipo di sorgente non garantisce un taglio perfetto.

Un sistema a CO2 ben tarato può superare in prestazioni un sistema a fibra ottica mal tenuto. In pratica, il controllo del taglio dipende ancora dalla distribuzione del fascio, dalla messa a fuoco, dalle condizioni della testa di taglio, dalla configurazione del gas e dalla precisione del movimento della macchina.

Tabella di riferimento per il taglio laser: utile riferimento, non impostazione definitiva

Un grafico del taglio laser può aiutare a stimare se il taglio laser è adatto a un determinato pezzo, ma va interpretato con cautela. I grafici spesso provengono da una singola macchina, un singolo fornitore di materiali e un singolo set di parametri.

Per una visione più ampia, è utile confrontare i processi di taglio:

Ecco perché il taglio al plasma rispetto al taglio laser compare spesso nelle discussioni sullo spessore del taglio. Il plasma può essere efficiente per metalli spessi, ma il taglio laser è generalmente migliore quando sono richiesti dettagli precisi, uno spessore di taglio ridotto e un accoppiamento più stretto.

Per il taglio laser continuo in produzione in serie, il punto chiave non è solo il valore iniziale del taglio. Il taglio deve rimanere stabile dopo la produzione di molti pezzi, percorsi di taglio lunghi e ripetuti caricamenti della lamiera.

Come misurare il taglio laser prima della produzione

Il modo più affidabile per conoscere la larghezza del taglio è testarla sulla macchina utensile, sul materiale e sullo spessore effettivi. Questo è particolarmente importante prima di realizzare pezzi con fessure strette, fori piccoli, motivi decorativi o elementi di assemblaggio.

Metodo del quadrato di prova

Il metodo del quadrato di prova per il taglio laser è semplice. Tagliate un quadrato, ad esempio di 20 mm o 50 mm, quindi misurate le dimensioni esterne effettive con un calibro. Confrontate le dimensioni misurate con le dimensioni CAD per stimare il comportamento del taglio e dell'offset.

È preferibile misurare entrambe le direzioni X e Y. Se i risultati differiscono, il problema potrebbe riguardare il movimento della macchina, l'allineamento del fascio o la distorsione termica, e non solo lo spessore del taglio.

Schema di prova a fessura o a pettine

Un modello di prova per il taglio laser con diverse larghezze di fessura è utile per linguette, giunzioni a pressione, supporti per esposizione, staffe e assemblaggi di lamiere. Invece di affidarsi solo a valori calcolati, è possibile verificare l'aderenza del pezzo reale.

Questo metodo è pratico perché l'accoppiamento non riguarda solo il taglio. Anche la elasticità del materiale, le bave, il rivestimento e la tolleranza di spessore del pezzo possono influire sull'assemblaggio.

Test del foro e del perno

Per i fori, tagliate fori di diversi diametri e provateli con la vite, il perno o l'elemento di posizionamento effettivo. I fori piccoli sono spesso più sensibili al calore, alla tecnica di foratura e alla posizione di ingresso.

Per i pezzi di produzione, evitate di valutare lo spessore del taglio basandovi su una singola linea di taglio. Misurate separatamente i contorni interni, i contorni esterni, i fori e le fessure.

Come ridurre la profondità di taglio nel taglio laser

Molti utenti chiedono come ridurre la larghezza del taglio nel taglio laser , ma la domanda migliore è: come possiamo ottenere una larghezza del taglio sufficientemente stretta e stabile per questo componente?

Per controllare lo spessore del taglio, iniziate con questi controlli:

• Utilizza una potenza sufficiente a tagliare, ma evita di esagerare.
• Adattare la velocità alla potenza e allo spessore del materiale.
• Regola la messa a fuoco in base alla qualità del taglio, non solo all'aspetto della superficie superiore.
• Utilizzare l'ugello della dimensione corretta e mantenerlo centrato.
• Impostare il tipo e la pressione del gas di assistenza in base al materiale.
• Pulire regolarmente la lente protettiva, l'ugello e la testina di taglio.
• Registra i parametri per ciascun materiale e spessore.
• Eseguire tagli di prova prima della produzione in serie.

Il taglio laser con il solco più sottile non sempre garantisce il risultato migliore. Un solco molto stretto con scarsa capacità di taglio, elevata produzione di scorie o dimensioni instabili non è utile in produzione. Per la maggior parte delle officine, la ripetibilità è più importante della ricerca del valore più basso possibile.

Compensazione del taglio nei file di progetto

La compensazione del taglio collega i risultati di taglio in officina con la progettazione CAD/CAM. Se il percorso di taglio segue la linea originale senza compensazione, le dimensioni finali potrebbero variare.

Un calcolatore del taglio laser può aiutare a stimare l'offset, ma non dovrebbe sostituire i dati di prova reali. Per i profili esterni, la compensazione di solito sposta il percorso utensile verso l'esterno. Per fori o scanalature interne, la direzione della compensazione dipende dal software e dalla configurazione di taglio.

Per assemblaggi compatti, si consiglia inoltre di considerare:

• Spazio libero richiesto dopo il taglio
• spessore della vernice, del rivestimento o della placcatura
• Rimozione di bave o scorie
• Tolleranza dello spessore del materiale
• Distorsione termica sulle parti sottili
• Se la parte necessita di saldatura o piegatura in seguito

Noi di Dynalasers consigliamo generalmente di essere realistici riguardo al lavoro di taglio. Se la vostra attività principale è il taglio di precisione di lamiere in grandi volumi, una macchina da taglio laser industriale CNC dedicata è la scelta giusta. I sistemi laser a fibra portatili Dynalasers sono più adatti per officine che necessitano di saldatura, pulizia, riparazione e un semplice supporto ausiliario per il taglio.

Quando i problemi di taglio si manifestano solitamente nella produzione reale

I problemi di taglio spesso si manifestano dopo il primo campione di buona qualità. Un pezzo può apparire perfetto singolarmente, ma i problemi emergono durante l'assemblaggio o il taglio in serie.

I segnali di produzione più comuni includono:

Ecco perché le registrazioni del taglio dovrebbero far parte del know-how produttivo. Un'officina che taglia regolarmente acciaio inossidabile, alluminio, rame, ottone o titanio dovrebbe creare le proprie note parametriche anziché affidarsi esclusivamente a tabelle pubbliche.

DOMANDE FREQUENTI

Un taglio laser più piccolo è sempre migliore?

No. Una larghezza di taglio inferiore può essere utile per i dettagli più fini e per risparmiare materiale, ma non è l'unico obiettivo. Un buon taglio richiede anche una penetrazione completa, bordi netti, poca scoria e dimensioni stabili. In produzione, una larghezza di taglio costante è solitamente più importante della larghezza di taglio più stretta.

Perché il taglio superiore è diverso da quello inferiore?

Questo dipende in genere dalla posizione del fuoco, dalla forma del fascio, dallo spessore del materiale e dal comportamento del gas di assistenza. Nei materiali spessi questo effetto è più evidente. Per questo motivo, misurare solo la superficie superiore può fornire un risultato fuorviante.

Devo modificare il file CAD o utilizzare l'offset di taglio della macchina?

Per i pezzi unici, la modifica delle dimensioni CAD può essere accettabile. Per la produzione in serie, l'utilizzo del CAM o dell'offset di taglio della macchina è solitamente una soluzione più pulita perché preserva il disegno originale e semplifica le successive regolazioni.

Perché la larghezza del taglio cambia dopo aver tagliato molti pezzi?

La causa potrebbe essere una lente protettiva sporca, un ugello danneggiato, fluttuazioni della pressione del gas, deriva della messa a fuoco, cambio di lotto di materiale o instabilità termica della macchina. Prima di modificare qualsiasi parametro, verificare innanzitutto le condizioni della macchina.

Conclusione

Comprendere i fattori che influenzano la larghezza del taglio laser aiuta a ridurre gli scarti, migliorare l'accoppiamento e evitare sorprese in produzione. Potenza, velocità, messa a fuoco, materiale, spessore e gas di assistenza sono tutti elementi importanti, ma la prova di taglio rimane la verifica finale.

Per le officine che necessitano di flessibilità nelle operazioni di saldatura, pulizia, riparazione e taglio occasionale, i sistemi laser a fibra portatili Dynalasers possono rappresentare un valido strumento di supporto. Per il taglio continuo e di precisione di lamiere, è consigliabile optare per un sistema di taglio laser CNC dedicato.