Le tecnologie laser più innovative occupano un ruolo sempre più centrale nella continua evoluzione dei processi di produzione, oggi sempre più interconnessi, agili e veloci, e sono una componente chiave dei sistemi dell’industria 4.0
di Patrizia Ricci
Con il passaggio all’industria 4.0, è in atto un processo di automazione industriale il cui scopo è l’integrazione di alcune nuove tecnologie produttive per migliorare le condizioni di lavoro, aumentare la produttività e la qualità produttiva degli impianti. Quando si parla di “innovazione in ottica 4.0”, di fatto, si intende spesso un’innovazione di processo, che contempla una sua revisione e riprogettazione, in funzione di nuovi obiettivi da raggiungere per essere più competitivi sui mercati internazionali. La tecnologia laser, in realtà già presente nelle aziende prima ancora dell’avvento dell’industria digitale, grazie ai progressi e all’evoluzione degli anni più recenti, si sta dimostrando sempre di più uno strumento industriale maturo per soddisfare questi nuovi requisiti funzionali in molti settori industriali. Oggi la luce laser, considerata come fosse un utensile senza peso e senza contatto, è diventata indispensabile in un ventaglio sempre più ampio di settori, dall’automotive all’aerospace, dalla nautica, all’elettronica e alle aziende che trattano materiali come il vetro e le plastiche, perché consente lavorazioni di grande precisione e velocità, offre una elevata flessibilità in produzione e non è soggetta ad usura. Tagliare, forare, saldare, brasare, strutturare, temprare, marcare e incidere scritte e codici, le applicazioni del laser in ambito industriale sono moltissime e crescono di giorno in giorno. Il dossier che segue si sofferma, in particolare, su due tecnologie laser, quella del taglio e quella della marcatura e incisione. Grazie alla presenza di alcune fra le più importanti aziende del settore, offre un’analisi delle soluzioni più innovative presenti sul mercato.
Come funziona il taglio laser
Il taglio laser è un processo di separazione termica. Il fascio di radiazione elettromagnetica proveniente dalla sorgente, focalizzato tramite una lente, incide sulla superficie del materiale da tagliare, la quale si riscalda al punto da essere fusa o completamente vaporizzata. Una volta che il raggio laser è penetrato completamente nel materiale in un determinato punto, ha inizio il processo di taglio vero e proprio. La lavorazione procede e il materiale viene separato secondo la geometria seguita dal sistema laser. A seconda dell’applicazione, dello spessore della superficie, della velocità e della regolarità di taglio richieste, si possono distinguere due tipologie di taglio laser, quello con gas inerte e quello assistito ossigeno. Nel primo caso, il gas impiegato per allontanare il materiale fuso dal solco è inerte rispetto al materiale tagliato e quelli maggiormente impiegati sono azoto, argon ed elio, che realizzano un taglio di buona qualità. Nel secondo caso, quando il gas di processo è l’ossigeno (O2), reagisce con il materiale metallico in lavorazione, generando ossido metallico, e rilasciando una quantità di energia aggiuntiva rispetto a quella del fascio laser che contribuisce alla fusione e alla velocizzazione della lavorazione. Si possono inoltre distinguere tipologie diverse di taglio laser anche in funzione della sorgente impiegata, passando dal taglio laser CO2, a fibra o a diodo.
Macchine per il taglio laser
Le macchine per il taglio laser attualmente presenti sul mercato sono caratterizzate da una gamma di soluzioni complete in grado di offrire performance di altissimo livello e tecnologia per un taglio laser del metallo o di altri materiali sempre perfetto e preciso, grazie ad una elevata velocità e accelerazione degli assi, insieme alla rigidezza della meccanica della macchina. Dalla lamiera, al tubo fino a qualsiasi profilo metallico tridimensionale, i moderni sistemi di taglio laser garantiscono sempre la massima produttività e rapidità nei cambi di produzione. Grazie alle celle di taglio laser 3D sono in grado di lavorare qualsiasi pezzo tridimensionale: tubi curvati, idroformati, imbutiti, pressofusi, lamiere piane e stampate. Generalmente le macchine per il taglio laser sono costituite dalla testa di taglio (o oscillatore), da un sistema di assi sui quali è installata la testa o da un braccio robotizzato, da una struttura schermata di protezione per evitare incidenti agli operatori e dal CNC per il controllo della lavorazione. Per processi di taglio stabili e una qualità dei componenti sempre elevata, la testa di taglio diventa un elemento chiave che acquista sempre maggiore importanza al crescere delle potenze laser applicate al materiale da taglio per avere maggiore precisione e affidabilità. Particolari design delle teste e l’aggiunta di importanti funzioni tecniche all’interno di esse, aumentano infatti la sicurezza nel processo di taglio.
Come già evidenziato, infatti, perché un sistema di taglio laser con i suoi componenti specifici possa consentire velocità di lavorazione elevate, un processo di taglio affidabile e costi di manutenzione contenuti, disporre di livelli di potenza sempre maggiori nel taglio laser in fibra diventa un fattore determinante per aumentare la produttività per unità di tempo.
Al passo con le esigenze dell’industria 4.0, per fornire una sempre maggiore efficienza nella lavorazione della lamiera, l’offerta è sempre più orientata verso un taglio laser automatizzato: un criterio fondamentale per il successo. In pratica si tratta di sistemi cyber-fisici che si integrano alle altre macchine del ciclo produttivo, grazie al potenziamento con soluzioni software dedicate in grado di gestire qualsiasi sistema d’automazione preesistente, e ad una gamma di servizi che supportano il cliente a 360°. Soluzioni che si integrano anche in modo automatizzato al sistema logistico dell’azienda e che permettono il controllo e l’assistenza da remoto grazie ai software di tele/auto-diagnosi.
La marcatura laser
La marcatura è la lavorazione che permette di imprimere un contrassegno per identificare un manufatto e/o la sua funzione, con la possibilità di aggiungere tutte le informazioni ritenute necessarie. È una tecnica fondamentale per adempiere ad obblighi legislativi, funzioni di tracciabilità e garanzia. Per questo, si tratta di una lavorazione sempre più richiesta nei vari processi di produzione. Esistono vari processi per marcare un prodotto, tuttavia l’esigenza di marcare diversi materiali con le più varie superfici e la richiesta di risultati di qualità elevata che si mantengano inalterati nel tempo, ha fatto della marcatura laser la tecnologia di punta. La marcatura laser è infatti quella più versatile in quanto permette di marcare con successo e qualità la più vasta gamma di geometrie e materiali. Con il laser è possibile marcare dal metallo, alle materie plastiche, ma anche molto altro, lavorando sia grandi che piccole superfici, in zone che potrebbero essere inaccessibili ad altre tecnologie (micro-marcature). Inoltre nel settore industriale, il laser offre una elevata flessibilità e versatilità, oltre alla facilità di integrazione in un processo produttivo, garantendo risultati qualitativamente perfetti, anche quando è richiesta una completa automatizzazione e/o il collegamento a sistemi di gestione delle informazioni. Grazie alla sempre maggiore potenza delle sorgenti laser è possibile realizzare anche delle marcature profonde, la cui esigenza, in specifici settori industriali, nasce dalla necessità di una tracciabilità più profonda e quindi una permanenza della leggibilità del risultato anche dopo trattamenti specifici e/o verniciatura dei pezzi.
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Ingegnere civile e PhD in Meccanica delle Strutture, ha svolto attività di ricerca nel campo della Meccanica della Frattura presso l’Università di Bologna e l’Imperial College di Londra. Appassionata di tecnologia e meccanica, con circa 15 anni di esperienza come redattrice e responsabile di redazione di riviste tecniche, da alcuni anni collabora con le riviste di Quine Business Publisher del settore Industry e Building, come autrice di articoli e approfondimenti tecnici.
