Nel settore della produzione aerospaziale e aeronautica, i sistemi di taglio laser in fibra hanno rivoluzionato le tecniche di taglio e ora si confrontano direttamente con i metodi di taglio non termico, offrendo tagli di alta qualità con una minima Zona Termicamente Alterata (HAZ). Questi moderni macchinari, infatti, riducono drasticamente la fragilità dei materiali e offrono una velocità di processo che superano di gran lunga quella delle altre tecnologie non termiche.
Nel settore aerospaziale, la tecnologia non smette mai di evolversi, spingendosi costantemente oltre i confini dell'immaginazione per rendere possibile ciò che un tempo sembrava irrealizzabile. I settori aerospaziale e aeronautico esigono standard di qualità intransigenti, rendendo lo sviluppo tecnologico una sfida perpetua nella ricerca di soluzioni destinate alla produzione dei loro componenti.
Questa tecnologia continua a progredire grazie ai costanti avanzamenti nella scienza, nell'ingegneria e nella creatività umana. Al centro di questa rivoluzione tecnologica vi è la creazione di leghe speciali, costruite a partire da elementi fondamentali come alluminio, cromo, ferro, carbonio, titanio, nichel e cobalto.
Il taglio laser ha portato l'industria fuori dal mondo del taglio per asportazione di truciolo, ma inizialmente l'uso del taglio laser era limitato e comportava costi significativi sia in termini economici che di produttività.
L'utilizzo del laser per tagliare i metalli destinati all'industria aeronautica e aerospaziale era un tempo considerato un sogno irraggiungibile, oggi però rappresenta un fattore determinante per garantire ripetibilità, precisione e qualità, riducendo al minimo gli scarti, ottimizzando i flussi di lavoro e abbattendo i costi.
La riduzione della Zona Termicamente Alterata (HAZ) nella produzione aerospaziale rappresenta uno dei punti cardine di questa rivoluzione tecnologica. I progressi tecnologici hanno permesso infatti al taglio laser di entrare di fatto in un mondo prima totalmente dominato dalle tecnologie di taglio non termico, offrendo qualità di taglio e una Zona Termicamente Alterata (HAZ) estremamente ridotta.
In questo articolo forniremo una panoramica delle metodologie e tecniche utilizzate per il taglio di componenti aerospaziali realizzati in alluminio, titanio, nichel e altre leghe speciali, volte a minimizzare la Zona Termicamente Alterata (HAZ).
La Zona Termicamente Alterata (HAZ) si genera in tutte le parti meccaniche lavorate con i metodi di taglio termico. Non ci riferiamo soltanto a tecnologie ben conosciute per il loro impatto termico sui materiali come il taglio plasma e l'ossitaglio; anche metodi ben più "discreti" come l'elettroerosione (EDM) possono generare una sottile regione di materiale alterato, inaccettabile per le applicazioni aerospaziali.
La Zona Termicamente Alterata (HAZ) è la regione del materiale, circostante la zona soggetta al taglio, la cui struttura cristallina viene alterata dall'energia termica dispersa dalla lavorazione. La presenza di questa regione rende il bordo tagliato più fragile e suscettibile a fratture, influenzando negativamente la resistenza alla fatica del componente. Diventa così impossibile stimare la durata di vita del pezzo.
Nel taglio laser, i fattori che amplificano questa zona nei componenti aerospaziali dipendono da una correlazione tra il materiale, la fonte laser, le caratteristiche tecnologiche e il gas di assistenza.
Di conseguenza, è sempre necessario un processo secondario per rimuovere meccanicamente il materiale alterato, con un aumento dei costi di manodopera che variano secondo lo spessore del materiale da eliminare.
Le leghe di alluminio sono da lungo tempo tra i metalli più utilizzati per i componenti aerospaziali, grazie alla loro resistenza meccanica, leggerezza e resistenza alla corrosione e ai raggi UV.
Nelle fasi iniziali, i laser industriali erano prevalentemente equipaggiati con sorgenti laser CO2. Il basso coefficiente di assorbimento dell'alluminio per la lunghezza d'onda delle sorgenti laser CO2 unito alla limitata potenza emessa con questa tecnologia, rendevano il taglio laser inutilizabile in questo settore.
Solo con l'avvento dei moderni laser in fibra le cose sono cambiate radicalmente.
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Le moderne sorgenti laser in fibra possiedono una lunghezza d'onda più adatta per le leghe di alluminio. Questo comporta una minore energia riflessa e un taglio più efficiente ed efficace.
Inoltre, grazie alla modalità di funzionamento a impulsi, i laser in fibra possono mitigare l'alta conduttività termica dell'alluminio, minimizzando così il trasferimento di calore alle aree circostanti.
Ecco perché questo tipo di impianti rappresentano la soluzione ideale per il taglio delle leghe di alluminio, riducendo significativamente la Zona Termicamente Alterata (HAZ) e migliorando al contempo la precisione e la qualità del taglio.
Un altro fattore chiave nella riduzione della Zona Termicamente Alterata (HAZ) è la qualità del raggio laser stesso. Con qualità ci riferiamo a quanto strettamente la potenza del laser è focalizzata attorno al suo asse centrale. Idealmente, questa concentrazione dovrebbe assomigliare a una distribuzione Gaussiana. Quanto più la distribuzione della potenza si avvicina a questa forma ideale, tanto migliore è la qualità del raggio, portando a prestazioni di taglio superiori.
Le moderne sorgenti laser in fibra, come quella utilizzata nel sistema di taglio laser 5 assi LT-FREE, con potenze che vanno da 2 a 5 kW, sono caratterizzate da un'ottima qualità del raggio laser, con un Beam Parameter Product (BPP) molto basso, che assicura prestazioni di taglio di ottimo livello.
Per ottimizzare ulteriormente la distribuzione dell'energia del laser, vengono utilizzati avanzati sistemi di messa a fuoco automatica. Questi sistemi sono in grado di regolare automaticamente la messa a fuoco del raggio laser in base allo spessore e al materiale del componente da tagliare.
Innovazioni come Active Focus, funzionalità presente nelle macchine di taglio laser a 5 assi BLM GROUP, sono essenziali per ottenere un taglio preciso in componenti prodotti mediante estrusione, pressofusione e piegatura, riducendo significativamente la Zona Termicamente Alterata (HAZ).
La scelta del gas di assistenza gioca un ruolo cruciale nel contenimento e nella riduzione della Zona Termicamente Alterata (HAZ). L'uso dell'ossigeno come gas di assistenza aumenta significativamente il calore generato durante il processo di taglio. Quando l'ossigeno entra in contatto con un metallo ad alta temperatura, infatti, innesca una reazione di ossidazione fortemente esotermica, che contribuisce alla liquefazione del materiale.
Nel taglio di componenti aerospaziali realizzati in leghe di titanio e nichel, questa reazione sarebbe estremamente intensa e in grado di deteriorare fortemente la qualità di taglio, causando un'ampia Zona Termicamente Alterata (HAZ), caratterizzata dalla contaminazione di ossidi all'interno della struttura cristallina.
In questi casi, l'uso di gas inerti come l'azoto o l'argon è essenziale. Questi gas non provocano reazioni di ossidazione, mantenendo la qualità del bordo di taglio e riducendo significativamente la Zona Termicamente Alterata (HAZ).
Un'alternativa recente è l'uso di aria compressa come gas di assistenza nel taglio laser. Questo metodo non solo mitiga la reazione di ossidazione, ma offre anche una soluzione economica sfruttando il gas più abbondante in natura.
LT-FREE può essere equipaggiata con un dispositivo che le consente di eseguire il taglio in aria compressa chiamato Active Air Cutting. Questa soluzione scalabile migliora l'efficienza e la qualità della lavorazione e può adattarsi a vari livelli di autonomia nel processo di taglio. Inoltre LT-FREE è dotata di diverse linee di gas di assistenza e, tramite un sistema automatico, seleziona autonomamente il gas necessario.
Nei paragrafi precedenti, abbiamo esaminato come i progressi tecnologici nel campo del taglio laser abbiano consolidato il ruolo di questa tecnologia come pilastro fondamentale per la produzione aerospaziale e aeronautica di nuova generazione.
All'avanzamento tecnologico del laser in fibra, la complessità dei profili sottili nel settore aerospaziale ha aggiunto la necessità di sviluppare soluzioni di taglio laser 3D, in cui la testa di taglio fosse capace di ruotare liberamente intorno a questi oggetti tridimensionali. Con lo sviluppo della tecnologia di taglio laser a 5 assi, il puzzle è stato completato.
Per questo, il sistema di taglio laser in fibra a 5 assi LT-FREE è una soluzione ottimale per la produzione nel settore aerospaziale, efficace sia nel ridurre la Zona Termicamente Alterata (HAZ) che nella lavorazione di qualsiasi pezzo tridimensionale come lamiere stampate, imbutiti, tubi curvati, idroformati e pressofusi.
In un settore in costante evoluzione, LT-FREE soddisfa le crescenti esigenze di automazione e produttività ed è una risorsa essenziale per la moderna produzione aerospaziale.