Progetto di sviluppo cofinanziato dall'Unione Europea - fondo FESR - SISMA

Titolo Progetto:  Sistemi di taglio laser ad altissima precisione                                Intervento realizzato avvalendosi del finanziamento por-obiettivo competitività regionale e occupazione parte FESR “Fondo Europeo di Sviluppo Regionale” 2007-2013 Asse 5 Azione 5.1.1                                                                                     
Il progetto, svolto e seguito da Sisma in collaborazione con Lasermaq dal 2013, ha pienamente conseguito gli obiettivi prefissati: lo studio, la sperimentazione e lo sviluppo specialistico di un insieme di sistemi di taglio laser di altissima precisione, comprensivi dei relativi componenti accessori (teste di taglio, ottiche di focalizzazione, gas ausiliari, sistemi di raffreddamento per le superfici di taglio, ecc.); in tale contesto, il progetto ha conseguito anche lo sviluppo di specifiche parametrizzazioni di processo, in grado di garantire l’ottimizzazione delle caratteristiche di qualità richieste.   Il progetto ha fornito una positiva risposta ad un’esigenza significativa, avvertita in importanti fasce di utenza: quella di poter contare su parametri di grande precisione nel taglio laser.   Il taglio laser di lamiere metalliche è un processo ormai consolidato nelle lavorazioni industriali. Il trend tecnologico è stato sempre rivolto verso sistemi che potessero lavorare spessori sempre maggiori (70 mm di acciaio e oltre) con lamiere di alcuni m2 aumentando le potenze laser fino e oltre i 10KW e puntando a velocità di taglio sempre maggiori per diminuire i tempi di esecuzione. Poca attenzione è stata invece posta alle lavorazioni che hanno come obiettivo prioritario massima qualità di bordo, estrema accuratezza dimensionale, minimo stress termico durante la lavorazione. A tali esigenze ha dunque voluto rispondere il progetto.   Grazie all’attività sperimentale svolta, le soluzioni scaturite dal progetto garantiscono l’ottimizzazione delle caratteristiche di qualità del taglio laser di lamierati metallici di spessore fino a 5mm.   Il progetto ha comportato lo svolgimento sia di attività di ricerca industriale che di sviluppo sperimentale e si è concretizzato nello sviluppo di dimostratori di ricerca e di prototipi da sperimentazione, che sono stati sottoposti a prove anche in condizioni severe; almeno un dimostratore ed un prototipo sono stati conservati in azienda, a disposizione per possibili future verifiche.   Sotto il profilo dei parametri quantitativi di verifica, il progetto ha conseguito l’obiettivo di garantire livelli di precisione superiori di almeno un ordine di grandezza rispetto a quelli attuali; nelle lavorazioni metalliche più comuni, ciò si traduce nell’accettazione di difetti dalle dimensioni max dell’ordine di 10 μm contro livelli di tecnologia tradizionale dell’ordine di 100 μm.   Il taglio laser di lamiere per industria è oggi basato sostanzialmente su una sola tipologia di sorgente laser (laser a fibra a emissione in continua) di varie potenze in funzione dello spessore e della velocità di taglio richieste. Esistono alcune applicazioni molto particolari, tipo il micro taglio di tubi per stent coronarici in applicazioni medicali, che richiedono sistemi molto più complessi le cui sorgenti laser di ultima generazione sono basate sull’emissione di impulsi ultracorti (10-8 – 10-10 sec) e una meccanica di movimentazione con precisioni e accuratezze prossime al micron. Scopo del progetto al riguardo è stato quello di individuare nuove soluzioni di tecnologia HW, SW e di processo che consentono di migliorare le prestazioni di taglio lamierati metallici per industria (fino a 5 mm di spessore) in termini di qualità complessiva dell’oggetto tagliato, mantenendo i requisiti di limitata complessità di gestione del sistema (collocazione in ambiente industriale, bassa manutenzione, bassa competenza tecnologica dell’operatore, bassi costi di esercizio, ecc.). Un obiettivo che ha registrato risultati particolarmente significativi è stato quello della rugosità superficiale, per il quale era stato fissato un target rappresentato dalla fascia di valori inferiori a 0.8µm. Considerando i materiali principalmente richiesti nei settori dei mercati caratteristici, sono stati privilegiati i test su:     Ottone 63 (lega senza piombo);     Acciaio (304-316-301);     Alluminio;     Ag 925.   Si sono ottenuti dei valori di rugosità superiori a quelli posti come obiettivo, in quanto si è voluto tenere sempre in considerazione la riduzione dei costi di esercizio e l’ottimizzazione dei tempi di lavorazione nella produzione. Dai risultati ottenuti, nel rispetto di quanto già atteso in termini di risultati, si nota che nei campioni in Argento ove si è usato come gas di supporto al taglio l’ossigeno, la rugosità si è sempre assestata a valori piuttosto elevati. Sempre al fine di ridurre i costi di produzione si è eseguito un campione di taglio ottone utilizzando come gas di supporto al posto del gas inerte Azoto, una miscela di aria compressa (campioni “ottone 1 ed ottone 5”). Il risultato è stato quello di ottenere una maggiore rugosità superficiale ed una qualità estetica inferiore a quella ottenuta usando l’Azoto. Tale prova ha permesso di proporre il processo a quegli utenti che dopo il taglio devono eseguire altre lavorazioni sui pezzi prodotti, in modo da ridurre i costi produttivi della fase di taglio. Di particolare importanza si sono rilevate le scelte del tipo di gas di supporto utilizzato e delle pressioni di esercizio usate. Nell’attività di ottimizzazione della rugosità superficiale, le parametrizzazioni del taglio laser sono state ridefinite con l’obiettivo di ottenere risultati sempre migliori su vari spessori e successivamente andando a definire la correlazione ottimale tra parametrizzazione e risultato per ogni spessore analizzato. Per meglio ottimizzare il risultato finale si è lavorato sui due fronti principali che definisco il set-up per il processo di taglio. Durante l’attività di estremizzazione delle prestazioni si sono ridefinite sia le impostazioni dei parametri del laser sia della dinamica di movimento della testa durante la fase di taglio. Questa ricerca, una volta terminata, ha dato risultati sul prodotto finito molto buono e ha portato a rivedere anche le impostazioni di default delle dinamiche della macchina utilizzata.