La saggezza consolidata sul taglio di metalli spessi con laser a fibra ottica è diventata gradualmente obsoleta. È quindi necessario un aggiornamento dell'analisi delle capacità relative del taglio laser e del taglio al plasma.
I laser a fibra ad alta potenza , ora disponibili con potenze superiori a 100 kilowatt, hanno ribaltato la situazione, mettendo in discussione molte convinzioni consolidate in materia di costi, velocità e prestazioni. L'aspetto più importante è che questi laser a fibra ad alta potenza non sono più limitati principalmente ai metalli sottili: ora superano costantemente le prestazioni dei tagliatori al plasma su spessori di materiale superiori a 2 pollici (50 mm).
Questa guida aggiornata fornisce una sintesi delle innovazioni tecnologiche alla base di questi cambiamenti e un confronto basato sui dati tra laser a fibra e taglierine al plasma, prima di rispondere alla domanda fondamentale: quando una taglierina laser è effettivamente più economica di una taglierina al plasma?
Queste informazioni dovrebbero aiutarti a decidere se un taglio laser può garantire le prestazioni, la produttività e il ritorno sull'investimento che soddisfano le tue esigenze di produzione.
Progressi tecnologici nei laser a fibra ad alta potenza
I progressi più significativi sono stati compiuti nella tecnologia dei diodi di pompaggio che alimentano le sorgenti laser a fibra. La potenza di uscita ottenibile da un singolo emettitore è aumentata di diversi ordini di grandezza, passando da una frazione di watt a diverse decine di watt.
Allo stesso tempo, l'efficienza elettrica dei diodi è cresciuta dal 20% circa al 70% circa.
Questi progressi fondamentali hanno ridotto il costo per watt di un fattore 100, aumentando al contempo l'affidabilità e la durata operativa.
Miglioramenti a livello di sistema per il taglio di metalli spessi
La potenza del laser da sola non è sufficiente per tagliare in modo efficiente metalli spessi. Anche i progressi compiuti in altri componenti del sistema di taglio sono stati fondamentali.
- Migliore emissione del raggio: i laser a fibra multimodale, abbinati a teste di taglio realizzate appositamente per il funzionamento ad alta potenza, mantengono ora una focalizzazione del raggio precisa su profondità di taglio maggiori. Ciò è integrato da tecniche ottiche quali l'oscillazione del raggio e la modulazione dinamica della focalizzazione.
- Erogazione ottimizzata del gas ausiliario: i sistemi moderni sono dotati di un sistema migliorato di erogazione del gas ausiliario che espelle il materiale fuso in modo più efficiente durante il taglio. Ciò è fondamentale per ottenere tagli puliti su materiali più spessi, mantenendo al contempo elevate velocità di taglio.
- Gestione termica migliorata: il taglio laser ad alta potenza genera un calore significativo. Il raffreddamento avanzato, l'ottica più efficiente e il controllo più intelligente del sistema consentono ai laser a fibra di rimanere stabili sotto carichi termici elevati continui.
Analisi delle prestazioni: laser a fibra ottica vs. taglierina al plasma
È ormai assodato che il taglio laser offre vantaggi significativi rispetto alla tecnologia al plasma. I laser garantiscono una maggiore precisione, producono un taglio più stretto e più diritto e creano una zona termicamente alterata (HAZ) molto più piccola. I bordi più puliti significano che le caratteristiche del taglio laser sono spesso pronte per la saldatura e non richiedono post-lavorazione.
I laser possono anche produrre con precisione piccoli fori con un'eccellente rotondità e una conicità minima. Ciò consente di risparmiare tempo e talvolta elimina la necessità di una lavorazione secondaria operazioni di foratura o attrezzature di foratura.
Taglio laser a fibra: fiducia in un potere superiore
Tuttavia, secondo l'opinione comune, i laser sono più lenti del plasma nel taglio dell'acciaio dolce con spessore superiore a 1 pollice (25 mm) (e la metà di quello dell'acciaio inossidabile).
Questo era vero (più o meno) in passato. Ma ora non è più così.
Per vedere come la situazione sia cambiata con l'avvento dei laser a fibra ad alta potenza, ormai ampiamente disponibili, esaminiamo alcuni dati di taglio reali (e più recenti).
I grafici sopra riportati mostrano la velocità di taglio in relazione allo spessore del materiale, mettendo a confronto la migliore tecnologia laser a fibra e quella al plasma.
Questi grafici relativi all'acciaio dolce e all'acciaio inossidabile mostrano che i laser a fibra ad alta potenza tagliano quasi sempre a velocità superiori rispetto alle taglierine al plasma per materiali con spessore compreso tra 10 mm e 40 mm. Anche su materiali con spessore di 40 mm, un laser da 60 kW taglia l'acciaio dolce a una velocità circa 2,5 volte superiore rispetto a una taglierina al plasma da 460 A. Per l'acciaio inossidabile dello stesso spessore, il vantaggio aumenta fino a 3,2 volte.
I dati dimostrano che le taglierine al plasma offrono prestazioni migliori rispetto ai laser a fibra solo quando la potenza del laser è ridotta a 30 kW o meno. E solo quando si tagliano sezioni più spesse.
Comprendere l'Assist Gas
Il modo più veloce e pulito per tagliare l'acciaio con un laser a fibra è utilizzare un gas ausiliario misto (azoto con una piccola quantità di ossigeno). Tutti i test di taglio riportati nei grafici sopra, in cui il laser ha superato il plasma, hanno utilizzato gas ausiliario misto.
Tuttavia, una volta raggiunto un rapporto potenza laser/spessore sufficientemente basso, diventa necessario passare all'ossigeno puro. Il gas ausiliario ossigeno impedisce il blocco del processo di taglio laser, ma a una velocità necessariamente inferiore e producendo un bordo di qualità inferiore. L'ossigeno puro era necessario nei test in cui il taglio laser aveva prestazioni inferiori rispetto al taglio al plasma.
Fortunatamente, questo problema viene completamente eliminato quando si utilizza un laser più potente. Quando si utilizza un laser con una potenza pari o superiore a 40 kW, il gas ausiliario misto è ideale per il taglio di tutti i metalli tranne quelli più spessi (ben oltre i 40 mm).
In definitiva, ciò significa che i laser a fibra da 40 kW e oltre tagliano l'acciaio più velocemente del plasma , spesso in misura molto significativa, nella stragrande maggioranza delle applicazioni di taglio. E lo fanno ottenendo bordi più puliti e più dritti con scorie minime.
Analisi del ROI: quando è opportuno utilizzare un laser a fibra?
I laser a fibra ad alta potenza superano i tagliatori al plasma in termini di velocità, qualità e uniformità, ma hanno anche un costo di acquisto maggiore. Fortunatamente, la loro maggiore produttività consente di recuperare rapidamente la spesa aggiuntiva.
La maggior parte dei costi operativi – ammortamento, manodopera, spese generali e manutenzione – sono legati al possesso e al funzionamento del sistema, non alla sua velocità di taglio. L'elettricità e altri materiali di consumo aumentano con la potenza e l'uso del sistema, ma non in proporzione alla produttività aggiuntiva. Quindi, se i costi di funzionamento mensili dei tagliatori laser e al plasma sono più o meno gli stessi (come effettivamente avviene), la macchina che produce di più in quel periodo sarà sempre quella più economica.
Un esempio di costi e risultati
Confrontiamo un laser a fibra da 40 kW con una taglierina al plasma da 300 A utilizzando i dati precedenti.
Il laser a fibra da 40 kW taglia acciaio dolce dello spessore di 20 mm a una velocità di circa 8 m/min. A pieno regime, è in grado di eseguire circa 38.000 metri di tagli al mese.
Il taglio al plasma da 300 A funziona a circa metà di quella velocità, producendo circa 19.000 metri nello stesso periodo.
Possiamo stimare con precisione che entrambi i sistemi costano circa 20.000 dollari al mese per funzionare a questi livelli di utilizzo.
Se il fabbisogno di prodotto è di circa 38.000 metri, un solo taglio laser è sufficiente a soddisfare la domanda. Per ottenere la stessa produzione con il taglio al plasma sono necessarie due macchine, raddoppiando il costo operativo mensile a 40.000 dollari.
Se il laser singolo costa 400.000 dollari in più rispetto alle due taglierine al plasma, i 20.000 dollari di risparmio mensile compensano la differenza di prezzo in soli 20 mesi.
Una macchina per il taglio laser a fibra ad alta potenza è la soluzione giusta per te?
Il taglio laser offre il miglior rapporto qualità-prezzo e il ROI più rapido in condizioni specifiche. Valuta l'acquisto di un laser a fibra ad alta potenza se la tua attività prevede:
- Elevato utilizzo: la macchina è sufficientemente occupata da consentire un rapido accumulo dei risparmi derivanti dall'aumento della produttività.
- Requisiti di pulizia dei bordi: la riduzione (o l'eliminazione) della post-lavorazione si traduce direttamente in un risparmio in termini di manodopera e attrezzature.
- Assemblaggi saldati: i bordi tagliati al laser pronti per la saldatura riducono i tempi di preparazione e migliorano il flusso a valle.
- Caratteristiche di precisione: i laser possono creare piccoli fori e contorni precisi in un'unica operazione.
- Lo spazio a disposizione è limitato: un laser ad alta potenza può sostituire più taglierine al plasma e ridurre l'ingombro necessario.
- La geometria dei pezzi è complessa: forme intricate, raggi stretti e caratteristiche interne favoriscono sempre il taglio laser rispetto al plasma.
Introduzione alle soluzioni di taglio laser
Con il continuo progresso della tecnologia laser a fibra e l'aumento delle capacità delle macchine laser, la scelta tra un taglio laser e un taglio al plasma diventa sempre più complicata.
Per molti produttori e fabbricanti, i laser sono diventati uno strumento ideale per il taglio dei metalli. Per altri, il taglio al plasma rimane più pratico.
Contatta uno dei nostri esperti nel taglio laser per scoprire quali risultati e quale ritorno sull'investimento puoi aspettarti dalla tua applicazione.
