Sommario
Il taglio laser a fibra e il taglio laser a CO2 sono due comuni apparecchiature di taglio laser industriale. Presentano evidenti differenze in termini di sorgente luminosa, materiali applicabili, velocità di taglio, consumo energetico, costi di manutenzione, ecc. Di seguito un confronto dettagliato.
1. Macchina per il taglio laser a fibra VS macchina per il taglio laser a CO2: principio di funzionamento
I principi di funzionamento della macchina per il taglio laser CO2 e macchina da taglio laser in fibra sono ovviamente diverse e ciò si riflette principalmente nel metodo di generazione del laser, nel metodo di trasmissione del raggio, nella lunghezza d'onda, nell'efficienza di conversione dell'energia e in altri aspetti.
Principio di funzionamento della macchina per il taglio laser a fibra:
(1) Generazione laser
Come mezzo laser viene utilizzata una fibra drogata con terre rare (come l'itterbio) e il segnale ottico viene amplificato tramite tecnologia di pompaggio ottico per generare un raggio laser ad alta energia.
La lunghezza d'onda principale è di 1,06 μm (luce infrarossa vicina). Questa lunghezza d'onda ha un elevato tasso di assorbimento per i materiali metallici, quindi è adatta al taglio di materiali metallici come acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, alluminio, rame, ottone e titanio.
(2) Trasmissione del fascio
Il laser a fibra non richiede un riflettore, ma viene trasmesso attraverso una fibra ottica flessibile. Può essere trasmesso direttamente alla testa di taglio senza bisogno di ulteriori apparecchiature di allineamento ottico.
Grazie alla perdita di trasmissione estremamente bassa della fibra ottica, l'efficienza di taglio è maggiore e il tasso di utilizzo dell'energia è migliore.
(3) Processo di taglio
Il raggio laser a fibra focalizzato irradia la superficie metallica, fondendo e vaporizzando rapidamente il materiale.
Con l'ausilio di gas ausiliari ad alta pressione (ossigeno, azoto, aria), le scorie vengono soffiate via, migliorando la velocità e la qualità del taglio.
È adatto al taglio di metalli ad alta precisione, con elevata velocità di taglio, piccola zona termicamente alterata e quasi nessuna sbavatura.
Principio di funzionamento della macchina per il taglio laser CO2:
(1) Generazione laser
Come mezzo laser viene utilizzato il gas CO2 (componenti principali: anidride carbonica, azoto, elio) e l'elettricità ad alta tensione viene impiegata per eccitare il gas CO2 e generare un raggio laser.
La lunghezza d'onda principale è di 10,6 μm (luce infrarossa lontana), che ha un elevato tasso di assorbimento per i materiali non metallici, quindi è particolarmente adatta al taglio di materiali non metallici come legno, plastica, acrilico, pelle, gomma, stoffa, ecc.
(2) Trasmissione del fascio
Il raggio laser CO2 non può essere trasmesso tramite fibra ottica, ma si affida a riflettori e lenti per guidare il raggio e infine focalizzarlo sulla superficie del materiale da tagliare.
A causa dell'impiego di lenti e riflettori, l'apparecchiatura presenta elevati requisiti di allineamento ottico e i dispositivi ottici devono essere sottoposti a manutenzione e sostituzione regolare.
(3) Processo di taglio
Il raggio laser CO2 focalizzato irradia la superficie del materiale, facendo sì che il materiale assorba l'energia laser e si riscaldi fino alla temperatura di fusione o vaporizzazione.
Utilizzando gas ausiliari (ossigeno, azoto, aria), la massa fusa o l'ossido vengono soffiati via per ottenere un taglio preciso.
Applicabile a materiali non metallici e ad alcuni materiali metallici (i metalli hanno un'elevata riflettività e l'utilizzo dell'energia laser CO2 è basso).
Confronto e sintesi dei principi di funzionamento:
Tipo | Macchina per il taglio laser CO₂ | Macchina da taglio laser fibra |
Lunghezza d'onda laser | 10,6 μm (infrarosso lontano) | 1,06 μm (vicino infrarosso) |
Mezzo laser | L'eccitazione della scarica di gas CO₂ produce un laser | Laser amplificato in fibra drogata con elementi di terre rare |
Metodo di trasmissione del raggio | Trasmesso tramite riflettori | Trasmesso direttamente tramite fibra ottica |
Campo di applicazione | Adatto per materiali non metallici e alcuni materiali metallici | Utilizzato principalmente per il taglio dei metalli |
- Il laser CO₂ genera luce laser tramite scarica di gas e il raggio viene trasmesso tramite lenti e riflettori, il che è adatto ai materiali non metallici.
- Il laser a fibra utilizza la trasmissione in fibra ottica e non ha riflettori, il che lo rende adatto alla lavorazione ad alta precisione dei metalli.
2. Confronto dei materiali applicabili
Materiali applicabili alle macchine da taglio laser CO₂:
- Materiali non metallici: legno, acrilico, plastica, stoffa, pelle, gomma, vetro, ceramica, carta, ecc.
- Alcuni metalli (richiedono rivestimento o assistenza di ossigeno): acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, lega di alluminio (efficienza inferiore).
Materiali applicabili alle macchine per il taglio laser a fibra:
- Materiali metallici (elevata efficienza di taglio): acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, alluminio, rame, ottone, titanio, ecc.
- Non adatto per materiali non metallici (a causa del basso tasso di assorbimento della lunghezza d'onda di 1,06 μm, legno, plastica, vetro, ecc. sono difficili da tagliare).
Tabella comparativa dei materiali applicabili:
tipo di materiale | Macchina per il taglio laser CO₂ | Macchina da taglio laser fibra |
Acciaio al carbonio | Può tagliare (più lentamente, richiede ossigeno) | Scelta migliore (velocità elevata, alta qualità di taglio) |
Acciaio inossidabile | Può tagliare (richiede azoto o ossigeno) | Scelta migliore (velocità di taglio elevata, senza sbavature) |
Alluminio | Può tagliare (richiede un laser ad alta potenza) | Può essere tagliato (ma è facile da riflettere, richiede elevata potenza) |
Rame | Difficile da tagliare (elevata riflettività) | Può essere tagliato (è necessario un laser ad alta potenza) |
Ottone | Difficile da tagliare (elevata riflettività) | Può essere tagliato (è necessario un laser ad alta potenza) |
Lega di titanio | Può tagliare (ma lentamente) | Adatto al taglio |
Acciaio zincato | Può tagliare (richiede azoto) | Può essere tagliato (evitare l'ossidazione) |
Legna | La scelta migliore | Non adatto |
Acrilico | Scelta migliore (taglio liscio) | Non adatto |
Plastica | Può tagliare | Non adatto |
Pelle | Può tagliare | Non adatto |
Stoffa | Può tagliare | Non adatto |
Gomma | Può tagliare | Non adatto |
Bicchiere | Non può essere tagliato (è possibile l'incisione superficiale) | Non può tagliare |
Perché i laser a CO2 e a fibra sono adatti a materiali diversi?
(1) La lunghezza d'onda del laser influenza la velocità di assorbimento del materiale
Lunghezza d'onda del laser a fibra: 1,06 μm (luce infrarossa vicina)
- I materiali metallici (come acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, alluminio, rame) hanno un elevato tasso di assorbimento della luce di 1,06 μm, quindi la velocità di taglio è elevata e la qualità del taglio è elevata.
- I materiali non metallici (come legno, plastica, acrilico) hanno un basso tasso di assorbimento della luce di 1,06 μm, quindi non possono essere tagliati in modo efficace.
Lunghezza d'onda del laser CO2: 10,6 μm (luce infrarossa lontana)
- I materiali non metallici (come legno, acrilico, plastica, pelle, tessuto) hanno un elevato tasso di assorbimento della luce di 10,6 μm, quindi l'effetto di taglio è buono.
- I materiali metallici (come rame, alluminio, acciaio inossidabile) hanno un'elevata riflettività della luce di 10,6 μm, con conseguente basso consumo energetico e bassa velocità di taglio.
(2) Elevata riflettività del metallo
I metalli altamente riflettenti, come rame e alluminio, hanno un'elevata riflettività per i laser a CO2, che può facilmente danneggiare il laser e richiedere un rivestimento o un laser ad alta potenza per il taglio.
I laser a fibra sono più facili da tagliare grazie alla loro lunghezza d'onda più corta e alla maggiore densità energetica.
Riepilogo dei materiali applicabili alla macchina per il taglio laser a fibra rispetto alla macchina per il taglio laser a CO2:
- Il laser CO₂ è adatto alla lavorazione di materiali non metallici, ad esempio nei settori della pubblicità, dell'abbigliamento, dell'imballaggio, della lavorazione del legno, dell'artigianato e in altri settori.
- Il laser a fibra è adatto alla lavorazione dei metalli, ad esempio nella lavorazione della lamiera, nella produzione automobilistica, nel settore aerospaziale, nella lavorazione dell'hardware, ecc.
3. Efficienza e velocità di taglio
Tabella comparativa dell'efficienza di taglio:
Elementi di confronto | Macchina per il taglio laser CO₂ | Macchina da taglio laser fibra |
Velocità di taglio (metallo sottile) | Lento (il laser a fibra è 2-3 volte più veloce) | Veloce, adatto al taglio ad alta velocità |
Spessore di taglio (acciaio) | Può tagliare ≤20 mm (alta potenza) | Può tagliare ≤50 mm (alta potenza) |
Tasso di conversione dell'energia | 10%-15% | 30%-50% |
Precisione di taglio | Più alto (0,1 mm) | Più alto (0,05 mm) |
- Materiali metallici sottili (come acciaio inossidabile, acciaio al carbonio ≤ 10 mm): la velocità di taglio laser a fibra è maggiore. La velocità di taglio laser a fibra è 2-3 volte superiore a quella del CO₂.
- Materiali metallici spessi (>20 mm): è possibile utilizzare laser a CO₂ e a fibra, ma il laser a fibra ha un consumo energetico inferiore. Il taglio laser a fibra è più efficiente e richiede un maggiore consumo energetico.
- Materiali non metallici (come acrilico, legno): il laser CO₂ è più adatto, mentre il laser a fibra difficilmente riesce a tagliare.
- Il laser CO₂ ha una velocità di taglio elevata sui non metalli, ma è di gran lunga inferiore al laser a fibra sui metalli.
Tabella di confronto delle prestazioni:
IOtempo | Laser CO₂ | Laser a fibra |
efficienza di conversione fotoelettrica | 10%-15% | 25%-35% |
Velocità di taglio (lamiera) | Lento | Veloce |
Qualità del fascio luminoso | Bene | Meglio |
Zona | Grande | Piccolo |
Facilità d'uso | Media | Buono (alta automazione) |
4. Qualità del taglio
Tabella comparativa della qualità di taglio:
Elementi di confronto | Macchina per il taglio laser CO₂ | Macchina da taglio laser fibra |
Qualità dell'incisione | Taglio liscio (soprattutto non metallico) | Il tagliente metallico è più liscio |
Zona termicamente alterata (ZTA) | Grande (l'assorbimento della lunghezza d'onda di 10,6 μm è più profondo) | Piccola (la lunghezza d'onda di 1,06 μm ha un elevato tasso di assorbimento) |
Gas di assistenza | Richiede (ossigeno, azoto, aria) | Richiede (ossigeno, azoto) |
- I laser CO₂ hanno bordi lisci quando tagliano materiali non metallici, ma tendono a formare sbavature quando tagliano metalli, il che richiede una post-elaborazione.
- I laser a fibra offrono una migliore qualità di taglio per i materiali metallici, con bordi netti e una piccola zona termicamente alterata.
5. Costo e manutenzione delle attrezzature
Tabella comparativa dei costi delle macchine per il taglio laser a fibra e a CO2:
Elementi di confronto | Macchina per il taglio laser CO₂ | Macchina da taglio laser fibra |
Costo dell'attrezzatura | Basso (adatto per piccole imprese) | Costi operativi più elevati (ma bassi a lungo termine) |
Consumo energetico operativo | Elevata (efficienza energetica 10-15%) | Bassa (efficienza energetica 30-50%) |
Componenti principali | Tubo laser, riflettore, lente | Sorgente laser a fibra, testa di taglio |
Costo di manutenzione | Alto (il tubo laser e la lente devono essere sostituiti regolarmente) | Bassa (lunga durata della sorgente laser a fibra) |
Durata di vita | Tubo laser: 8000-10000 ore | Sorgente laser a fibra: >100.000 ore |
- Le apparecchiature laser CO₂ richiedono un investimento iniziale ridotto, ma costi operativi elevati e richiedono la sostituzione regolare di materiali di consumo quali tubi laser, riflettori e lenti.
- I laser a fibra richiedono un elevato investimento iniziale, ma hanno bassi costi di manutenzione e una lunga durata, il che li rende più adatti alla produzione industriale a lungo termine.
6. Tutela ambientale e sicurezza
Tabella comparativa di protezione ambientale e sicurezza:
Elementi di confronto | Macchina per il taglio laser CO₂ | Macchina da taglio laser fibra |
Protezione ambientale | Sono necessarie apparecchiature di aspirazione dei fumi (la lavorazione dei metalli non metallici produce fumo e polvere) | Più ecologico (nessuna carbonizzazione, meno fumo e polvere) |
Sicurezza laser | Il laser da 10,6 μm non penetra facilmente nella pelle ed è più sicuro | Il laser da 1,06 μm può penetrare negli occhi, quindi sono necessari occhiali protettivi |
- La lavorazione laser CO₂ di materiali non metallici produce fumo e polvere, che richiedono un sistema di aspirazione dei fumi aggiuntivo.
- I laser a fibra sono più pericolosi per gli occhi e gli operatori devono indossare speciali occhiali protettivi per i laser.
7. Come scegliere: macchina per il taglio laser CO₂ o macchina per il taglio laser a fibra?
Scegli una macchina per il taglio laser CO₂ se hai bisogno di:
- Lavorazione di materiali non metallici (legno, plastica, acrilico, pelle, tessuto)
- Piccola impresa o budget limitato (costo inferiore delle attrezzature)
- Bisogna tenere conto sia del taglio che dell'incisione (pubblicità, artigianato, industria dell'imballaggio)
Scegli una macchina per il taglio laser a fibra se hai bisogno di:
- Lavorazione professionale dei metalli (acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, alluminio, rame, ecc.)
- Alta efficienza e alta precisione (produzione industriale, lavorazione della lamiera)
- Funzionamento a lungo termine e bassi costi di manutenzione (lunga durata della sorgente laser a fibra)
Scenari di utilizzo consigliati:
Scenari | Attrezzatura consigliata |
Lavorazione di materiali non metallici (come legno, acrilico) | Laser CO₂ |
Lavorazione di precisione dei metalli, lattonerie, ricambi auto | Laser a fibra |
Taglio di grandi quantità di lamiere sottili | Laser a fibra |
Piccole fabbriche complete, istruzione e ricerca scientifica | Dipende dal budget e dal tipo di materiale |
Riepilogo:
Elementi di confronto | Macchina per il taglio laser CO₂ | Macchina da taglio laser fibra |
Materiali applicabili | Non metallo, alcuni metalli | Principalmente metallo |
Velocità di taglio | Lento (soprattutto metalli) | Più veloce (soprattutto metalli sottili) |
Spessore di taglio | ≤20mm | ≤50mm |
Costo dell'attrezzatura | Basso | Alto |
Costo di manutenzione | Alto (necessità di sostituire il tubo laser) | Bassa (lunga durata della sorgente laser a fibra) |
- Macchina per il taglio laser CO₂: adatta al taglio di materiali non metallici e alla lavorazione di metalli leggeri, tecnologia matura, ma elevato consumo energetico ed elevati costi di manutenzione.
- Macchina per il taglio laser a fibra: adatta per il taglio efficiente dei metalli, in particolare di lastre sottili e materiali altamente riflettenti, elevata efficienza, basso consumo energetico, semplice manutenzione e rappresenta la tendenza principale dello sviluppo futuro.
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