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Cos'è la macchina da taglio laser?

Attualmente la macchina per il taglio laser è la macchina per il taglio dei metalli più popolare nel settore delle macchine per la formatura della lamiera. Con la svolta tecnologica delle macchine per il taglio laser in fibra in Cina a partire dal 2010, il prezzo delle macchine per il taglio laser diminuisce drasticamente e sempre più clienti scelgono di acquistare una macchina per il taglio laser invece di altre tradizionali macchine per il taglio dei metalli, come la macchina per il taglio al plasma, cesoia per lamiere e macchina da taglio a getto d'acqua, ecc.

Breve introduzione alla macchina da taglio laser

Una macchina da taglio laser focalizza il laser emesso dal laser in un raggio laser ad alta densità di potenza attraverso un sistema di percorso ottico. Il raggio laser irradia la superficie del pezzo facendolo raggiungere il punto di fusione o di ebollizione, mentre il gas ad alta pressione coassiale al raggio soffia via il metallo fuso o vaporizzato.

Quando il raggio di luce si muove rispetto al pezzo in lavorazione, forma alla fine una cucitura di taglio nel materiale, raggiungendo così lo scopo del taglio.

La lavorazione del taglio laser sostituisce le tradizionali lame meccaniche con fasci di luce invisibili. Ha le caratteristiche di alta precisione, taglio veloce, non limitato alle limitazioni del modello di taglio, risparmio automatico dei materiali del layout, taglio regolare e bassi costi di lavorazione. Migliorerà o sostituirà gradualmente le tradizionali attrezzature per il taglio dei metalli.

Caratteristiche principali delle macchine da taglio laser

La parte meccanica della lama laser non entra in contatto con il pezzo in lavorazione, quindi non causerà graffi sulla superficie del pezzo durante il funzionamento.
La velocità di taglio laser è elevata, l'incisione è liscia e piatta e generalmente non richiede un'elaborazione successiva.
La zona interessata dal calore del taglio è piccola, la deformazione della piastra è piccola e la cucitura del taglio è stretta (0,1 mm~0,3 mm).
L'incisione non presenta stress meccanici e non presenta bave di taglio.
Elevata precisione di lavorazione, buona ripetibilità e nessun danno alla superficie del materiale.
La programmazione CNC può elaborare qualsiasi disegno piatto e può tagliare tavole intere di grandi dimensioni senza la necessità di stampi, il che è economico e fa risparmiare tempo.

Principio della macchina da taglio laser

Il laser è un tipo di luce che, come l'altra luce naturale, è generata dalla transizione di atomi (molecole o ioni, ecc.). Ma si differenzia dalla luce ordinaria in quanto il laser si basa sull'emissione spontanea solo per un periodo di tempo molto breve e il processo successivo è completamente determinato dalla radiazione di eccitazione. Pertanto, il laser ha un colore molto puro, una direzionalità quasi priva di divergenza, un'intensità luminosa estremamente elevata e un'elevata coerenza.

Il taglio laser si ottiene utilizzando l'energia ad alta densità di potenza generata dalla focalizzazione del laser. Sotto il controllo di un computer, il laser viene scaricato tramite impulsi per emettere un laser pulsato ad alta frequenza ripetitivo e controllato, formando un raggio di luce con una determinata frequenza e larghezza di impulso. Il raggio laser pulsato viene trasmesso e riflesso attraverso il percorso ottico e focalizzato sulla superficie dell'oggetto lavorato attraverso un gruppo di lenti focalizzanti, formando sottili punti luminosi ad alta densità di energia. I punti focali si trovano vicino alla superficie da lavorare e fondono o vaporizzano in un istante il materiale lavorato ad alte temperature. Ogni impulso laser ad alta energia spruzza istantaneamente un piccolo foro sulla superficie dell'oggetto. Sotto il controllo del computer, la testa di lavorazione laser e il materiale lavorato si muovono continuamente l'uno rispetto all'altro in base alla forma pre-disegnata, trasformando così l'oggetto nella forma desiderata.

I parametri di processo (velocità di taglio, potenza del laser, pressione del gas, ecc.) e la traiettoria del movimento durante il taglio sono controllati dal sistema CNC e le scorie nel punto di taglio vengono spazzate via dal gas ausiliario ad una certa pressione.

Parte della composizione della macchina da taglio laser

Il sistema della macchina per il taglio laser è generalmente costituito da un generatore laser, componenti (esterni) di trasmissione del raggio, un banco di lavoro (macchina utensile), un armadio di controllo numerico con microcomputer, un dispositivo di raffreddamento e un computer (hardware e software).

1) Parte host della macchina utensile: la parte macchina utensile della macchina di taglio laser, ovvero la parte meccanica che realizza il movimento degli assi X, Y e Z, inclusa la piattaforma di lavoro di taglio. Utilizzato per posizionare il pezzo tagliato e spostarlo correttamente e con precisione secondo il programma di controllo, solitamente azionato da un servomotore.

2) Generatore laser: dispositivo che genera una sorgente luminosa laser. Per l'uso del taglio laser, ad eccezione di alcune occasioni in cui vengono utilizzati laser a stato solido YAG, la stragrande maggioranza utilizza laser a gas CO2 con elevata efficienza di conversione elettro-ottica e capacità di produrre elevata potenza prima del 2010. A causa degli elevati requisiti per quanto riguarda la qualità del raggio nel taglio laser, non tutti i laser possono essere utilizzati per il taglio. La modalità gaussiana è adatta per laser a CO2 inferiori a 1500 W, laser a CO2 in modalità di ordine basso tra 100 W e 3000 W e laser a CO2 multimodali superiori a 3000 W. Tuttavia, dopo il 2010, dallo sviluppo dei laser a fibra in Cina, la macchina da taglio laser C02 è stata gradualmente sostituita da Fmacchina da taglio laser iber. Attualmente la macchina da taglio laser a fibra è diventata la scelta principale nel mercato dei laser.

3) Percorso ottico esterno: uno specchio rifrattore utilizzato per guidare il laser nella direzione desiderata. Per garantire che il percorso del raggio non funzioni male, tutti gli specchi devono essere protetti da coperture protettive e deve essere introdotto gas protettivo pulito a pressione positiva per proteggere le lenti dalla contaminazione. Una serie di lenti ad alte prestazioni focalizzerà un raggio di luce senza angolo di divergenza in un punto infinitamente piccolo. Generalmente viene utilizzato un obiettivo con una lunghezza focale di 5,0 pollici. Gli obiettivi da 7,5 pollici vengono utilizzati solo per materiali con spessore >12 mm.

4) Sistema CNC: controlla la macchina utensile per ottenere il movimento degli assi X, Y e Z, controllando anche la potenza di uscita del laser.

5) Alimentazione stabilizzata: collegata tra il laser, la macchina utensile CNC e il sistema di alimentazione. Serve principalmente a prevenire interferenze provenienti da reti elettriche esterne.

6) Testa di taglio: comprende principalmente componenti quali cavità, sede della lente di messa a fuoco, specchio di messa a fuoco, sensore capacitivo e ugello del gas ausiliario. Il dispositivo di azionamento della testa di taglio viene utilizzato per far muovere la testa di taglio lungo la direzione dell'asse Z secondo il programma ed è composto da servomotori e componenti di trasmissione come viti o ingranaggi.

7) Console operativa: utilizzata per controllare l'intero processo di lavoro del dispositivo di taglio.

8) Unità chiller: utilizzata per raffreddare il generatore laser. Un laser è un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia luminosa. Ad esempio, un laser a gas CO2 ha tipicamente un tasso di conversione di 20% e l'energia rimanente viene convertita in calore. L'acqua di raffreddamento elimina il calore in eccesso per mantenere il normale funzionamento del generatore laser. L'unità refrigerante raffredda inoltre il riflettore esterno del percorso ottico e lo specchio focalizzante della macchina utensile per garantire una qualità di trasmissione del raggio stabile e prevenire efficacemente la deformazione o l'esplosione causata dall'elevata temperatura della lente.

9) Bombola di gas: compresa la bombola di gas del mezzo di lavoro e la bombola di gas ausiliaria della macchina da taglio laser, utilizzata per integrare il gas industriale per la vibrazione laser e il gas ausiliario per l'alimentazione delle teste di taglio.

10) Compressori d'aria e serbatoi di stoccaggio: forniscono e immagazzinano aria compressa.

11) Essiccatore e filtro per il raffreddamento dell'aria: utilizzato per fornire aria pulita e asciutta al generatore laser e al percorso del raggio per mantenere il normale funzionamento del percorso e del riflettore.

12) Aspiratore di polveri di scarico: aspirare il fumo e la polvere generati durante la lavorazione e filtrarli per garantire che le emissioni di gas di scarico soddisfino gli standard di protezione ambientale.

13) Macchina abbattitrice scorie: rimuove i materiali di scarto e di scarto generati durante la lavorazione.

Generatore laser

Laser a gas CO2

Dall’introduzione della tecnologia laser per il taglio delle lamiere, i laser a CO2 hanno dominato il mercato dal 1995 al 2005. Le sorgenti di luce laser a CO2 richiedono molta energia per eccitare le molecole di azoto a scontrarsi con le molecole di CO2 (gas laser), spingendole a emettere fotoni, formando infine un raggio laser in grado di tagliare i metalli. L'attività molecolare all'interno della cavità risonante rilascia sia luce che calore, il che richiede un sistema di raffreddamento per raffreddare il gas laser. Ciò significa che è necessario consumare più energia durante il processo di raffreddamento, riducendo ulteriormente l’efficienza energetica.

Laser a fibra

Dal 2010, la tecnologia laser a fibra è stata rivoluzionaria e il laser a fibra ha iniziato a dominare il mercato del taglio laser. Le macchine che utilizzano laser a fibra hanno un ingombro ridotto e anche il volume della sorgente laser e del sistema di raffreddamento è inferiore; Non è presente un gasdotto laser e non è necessario regolare le lenti. Le sorgenti laser a fibra con una potenza di 2kw o 3kw richiedono solo 50% del consumo energetico delle sorgenti laser CO2 da 4kw o 6kw per ottenere le stesse prestazioni, con una velocità maggiore, un consumo energetico inferiore e un minore impatto sull'ambiente. Attualmente, sempre più macchine da taglio laser lanciano un livello di 10000 watt macchina per il taglio laser in fibra di fogli, che può diventare la sostituzione della macchina per il taglio al plasma o della macchina per il taglio a fiamma.

Il laser a fibra utilizza diodi a stato solido per pompare le molecole all'interno della fibra drogata con itterbio a doppio rivestimento. La luce emessa stimolata passa più volte attraverso il nucleo della fibra e quindi forma un'uscita laser attraverso la fibra di trasmissione verso la testa di focalizzazione del taglio. Poiché tutte le collisioni tra le molecole avvengono all'interno della fibra, non è necessario il gas laser, con una conseguente significativa riduzione dell'energia richiesta, circa un terzo di quella di un laser a CO2. Grazie alla minore generazione di calore, il volume del frigorifero può essere ridotto di conseguenza. In sintesi, ottenendo le stesse prestazioni, il consumo energetico complessivo dei laser a fibra è inferiore di 70% rispetto a quello dei laser a CO2.

Prospettive di mercato delle macchine da taglio laser

Le prospettive di mercato delle macchine da taglio laser sono ampie, principalmente a causa dei seguenti fattori:

Domanda dei consumatori e sviluppo tecnologico nel settore manifatturiero: con lo sviluppo di tecnologie come l’Industria 4.0 e l’intelligenza artificiale, le macchine per il taglio laser raggiungeranno l’automazione e le operazioni di elaborazione digitale, migliorando l’efficienza e la precisione della lavorazione.
Innovazione nella tecnologia delle sorgenti di luce laser: la velocità di taglio e i costi delle macchine da taglio laser saranno migliorati e il rapido sviluppo dei laser a fibra industriale e dei laser a disco porterà cambiamenti tecnologici.
Ampio campo di applicazione: la macchina da taglio laser è adatta per tagliare vari materiali, inclusi materiali metallici e non metallici, ed è ampiamente utilizzata nei settori automobilistico, aerospaziale, delle comunicazioni elettroniche, dei computer e in altri campi.
4. Aspettative future del mercato: si prevede che la dimensione del mercato globale delle macchine da taglio laser raggiungerà i 10 miliardi di dollari entro il 2025, con la dimensione del mercato cinese che raggiungerà i 4 miliardi di dollari e la domanda di mercato continuerà a mantenere una crescita ad alta velocità.

In sintesi, le prospettive di mercato delle macchine da taglio laser sono molto ampie, con ampie prospettive di applicazione, e diventeranno una delle tecnologie chiave nella futura era della produzione intelligente.

Applicazioni industriali

L'applicazione delle macchine per il taglio laser dei metalli è molto ampia, copre molti settori ed è una delle attrezzature essenziali per molte aziende. Tra questi ci sono la produzione di insegne pubblicitarie (principalmente loghi in acciaio inossidabile e taglio identificativo), la lavorazione della lamiera (la lavorazione della lamiera comprende fondamentalmente tutti i materiali metallici, che generalmente includono piegatura, lucidatura, ecc., E il taglio è uno dei processi più importanti ), La produzione di telai e armadi (solitamente utilizza acciaio al carbonio o acciaio inossidabile e prevede principalmente due processi di taglio: piegatura e taglio), piastre a molla (che appartengono al processo di lavorazione di precisione), parti della metropolitana, involucri di ascensori, involucri di apparecchiature meccaniche e utensili da cucina (per lo più in acciaio inossidabile). Ampiamente utilizzato nella lavorazione della lamiera, nella produzione di segnaletica pubblicitaria, nella produzione di armadi elettrici ad alta e bassa tensione, parti meccaniche, utensili da cucina, automobili, macchinari, artigianato in metallo, lame per seghe, parti elettriche, industria dell'occhiale, lame per molle, circuiti stampati, bollitori elettrici, applicazioni mediche microelettronica, hardware, coltelli e strumenti di misurazione e altre industrie.

L'applicazione della tecnologia di lavorazione laser nel settore pubblicitario comprende principalmente due metodi di lavoro: taglio laser e incisione laser.

Incisione laser

Incisione laser: eseguita principalmente sulla superficie degli oggetti, si divide in due tipologie: incisione bitmap e incisione vettoriale:

Incisione bitmap: per prima cosa appendiamo la grafica che dobbiamo ritagliare in Photoshop e la convertiamo in formato BMP monocromatico. Quindi, apriamo il file grafico in un software dedicato all'incisione e al taglio laser. In base ai materiali che elaboriamo, possiamo impostare i parametri appropriati e quindi fare clic su Esegui. La macchina per incisione laser inciderà in base all'effetto matrice di punti generato dal file grafico.

Incisione vettoriale: utilizzare software vettoriali come Coreldraw, AutoCad, Illustrator, ecc. per la progettazione del layout ed esportare la grafica in formati PLT, DXF, AI, macchine per marcatura, quindi utilizzare software specializzati di taglio e incisione laser per aprire il file grafico e trasferirlo alla macchina per incisione laser per la lavorazione.

Nel settore pubblicitario, è adatto principalmente per la lavorazione di materiali come tavole di legno, tavole bicolore, vetro organico e carta colorata.

Taglio laser

Taglio laser: possiamo intenderlo come la separazione dei bordi. Per tali scopi di elaborazione, dovremmo prima convertire la grafica in linee vettoriali in CORELDRAW e AUTOCAD, utilizzare macchine di marcatura pneumatiche e quindi salvarli nei corrispondenti formati PLT e DXF. Aprire il file utilizzando il software operativo della macchina da taglio laser, impostare i parametri di energia e velocità in base al materiale che stiamo elaborando, quindi eseguirlo. Dopo aver ricevuto le istruzioni dal computer, la macchina da taglio laser taglierà automaticamente in base alla traiettoria di volo generata dal software. Ad esempio, le macchine da taglio laser esistenti possono tagliare automaticamente i modelli disegnando modelli su un computer e inserendoli direttamente nel computer. Le macchine da taglio laser esistenti generalmente dispongono di propri dischi rigidi in grado di inserire enormi fonti di dati.

La macchina da taglio laser comprende 3 tipi principali. Macchina per il taglio laser della lamiera viene utilizzato per tagliare le lastre di lamiera. Macchina per il taglio laser di tubi è la macchina da taglio laser professionale che taglia tubi e tubazioni. Macchina per il taglio laser di lamiera e tubo combina i due tipi di funzioni precedenti, che possono tagliare sia lamiere che tubi su un'unica macchina.