L'evoluzione della lavorazione laser 3D

Quando si parla di lavorazione laser 3D, l’industria aerospaziale si distingue come uno dei principali utilizzatori della tecnologia. In questa applicazione, un laser pratica fori di raffreddamento nella pala di un motore a turbina. Immagini: Prima Power Laserdyne

Qual è il primo pensiero che viene in mente a un produttore di metalli quando in una conversazione viene pronunciata la frase "macchina per la lavorazione laser multiprocesso"? Molto probabilmente si tratterà di una macchina combinata taglio laser e punzonatura.

Alcuni veterani del settore potrebbero persino ricordare la prima macchina "combinata" che fece il suo debutto all'International Manufacturing Technology Show, allora noto come International Machine Tool Show, più di 40 anni fa. Strippit ha posizionato un laser CO2 su una punzonatrice a torretta e si è rivelato un successo, tanto che la tecnologia di taglio laser è il metodo dominante per produrre pezzi grezzi nella maggior parte delle officine.

Per alcuni produttori di metalli ad alta precisione, tuttavia, un laser multiprocesso assume un altro significato. Per loro, le origini di questo tipo di macchina utensile per il processo laser risalgono a pochi anni dopo il debutto della prima macchina combinata laser CO2/punzonatrice a torretta. Alcuni ingegneri del Minnesota hanno sviluppato una macchina in cui un raggio laser CO2 focalizzato che potrebbe muoversi su tre assi potrebbe essere utilizzato per il taglio e la saldatura. Non si trattava di un caso in cui il laser era fermo e il tavolo, con la lamiera attaccata ad esso, si muoveva sotto il laser. In questo caso, il pezzo era fermo e la trave gli è stata consegnata.

Queste macchine laser 3D hanno trovato i primi fan. Harley-Davidson li usava per rifinire parti imbutite. Successivamente è stata sviluppata una macchina di lavorazione laser con capacità di movimento lungo gli assi C e D per Xerox, che era alla ricerca di un dispositivo per forare e tagliare i telai dei computer saldati.

"Allora era considerata una lavorazione non convenzionale", ha affermato Mark Barry, un dipendente veterano di Prima Power Laserdyne, un produttore di macchine per la lavorazione laser 3D. "La gente non sapeva molto sui laser. C'era molto scetticismo."

Questo scetticismo sui laser certamente non esiste ora. Gran parte di ciò è stato reso possibile dalla tecnologia laser CO2, che nel corso degli anni è stata il cavallo di battaglia di molte aziende produttrici di metalli.

Le cose, tuttavia, iniziarono a cambiare con lo sviluppo della tecnologia laser a fibra. Invece di aver bisogno di un grande risonatore con specchi e gas per creare il laser, come nel caso della tecnologia CO2, al suo interno viene creato un laser a fibra che viene trasportato tramite cavi in ​​fibra ottica.

La tecnologia laser a fibra ha molti vantaggi rispetto al laser CO2. Il laser a fibra ha una lunghezza d'onda più corta (1,06 micron) rispetto al laser a CO2 (10,6 micron), il che significa che il laser a fibra ha dimostrato maggiori caratteristiche di assorbimento; ciò si traduce in velocità di taglio più elevate e nella capacità di tagliare materiali riflettenti come rame, ottone e alluminio in modo molto migliore e sicuro. Il raggio focalizzato di un laser a fibra dimostra anche una maggiore densità di potenza rispetto a un laser a CO2 con potenza simile; una maggiore densità di potenza del raggio laser fa sì che il metallo possa essere portato allo stato fuso più rapidamente, consentendo un taglio più rapido. Un laser a fibra è anche molto più efficiente dal punto di vista energetico e richiede meno manutenzione rispetto a un laser a CO2.

Questo è praticamente il riassunto, e non c'è da meravigliarsi che il laser a fibra sia ora la tecnologia predominante quando si tratta di taglio, sia nel mondo 2D che 3D.

"Ai vecchi tempi accendevi una macchina per il taglio laser e aspettavi circa 15 minuti finché non si riscaldava", ha detto Barry. "Allora potresti iniziare l'elaborazione.

Con un trainafilo e una dispersione ottimale del gas di protezione, è possibile utilizzare un laser per saldare vari materiali reattivi, come questo componente aerospaziale in titanio a cupola.

"Avvicinati oggi a un laser a fibra e potrai accenderlo e iniziare immediatamente la lavorazione. Avrai le stesse caratteristiche e qualità del raggio che avevi quando hai spento la macchina il giorno prima."

Il problema della tecnologia laser a fibra a metà degli anni '90 era che si trattava di una tecnologia a onda continua. All’epoca non era adatto a quella che stava emergendo come una delle principali applicazioni della lavorazione laser 3D: la perforazione.