Tra evoluzioni tecniche e soluzioni smart: la macchina da taglio laser verso il continuo miglioramento della performance

Nonostante si vada sempre di più verso un’integrazione della macchina laser in un contesto di automazioni più o meno complesse, alcune caratteristiche tecniche non necessariamente legate alle automazioni continuano a rivestire un ruolo strategico. Potenza, sorgente laser, dinamica, testa di taglio: elementi costitutivi della macchina che hanno un ruolo fondamentale nel processo di taglio e che i produttori continuano a migliorare da un punto di vista tecnico ma senza trascurare la digitalizzazione e l’interazione con altri aspetti. In quest’ottica, il software assume una funzione centrale, chiave di volta di un complesso da orchestrare. Ma altri elementi contribuiscono a rendere la macchina più efficiente. Il tutto con uno sguardo sempre volto anche ai costi, soprattutto nel particolare contesto politico ed economico attuale.
 

Uno dei primi fattori ai quali si fa riferimento per comparare le macchine laser è la potenza. L’evoluzione tecnologica permette oggi di raggiungere potenze elevate, che offrono vantaggi in termini di performance e quindi di efficienza del processo di taglio. Sembrerebbe ovvio che convenga optare ad esempio per una potenza di 12 kW invece che per una di 8 kW… ma è davvero così scontato? Come osserva Luca Moia, CEO – Amada Italia, “La potenza della sorgente laser è uno dei fattori che partecipa alla realizzazione delle parti in lamiera, ma certamente non il più importante. Riteniamo che un sistema produttivo di taglio debba essere ben equilibrato, con automazioni bilanciate, versatili e “tagliate” secondo le esigenze del cliente che le acquista.” Una riflessione che nasce da un’evoluzione del processo di produzione, di cui oggi la macchina laser è solo uno degli attori. “Le sorgenti ad alta potenza, continua L. Moia, che vantaggi possono dare? Maggiore velocità? Forse, ma non devono mettere in crisi i processi a valle e a monte del taglio. Maggiore quantità? No, questa è ottenibile con l’uso di diverse tecnologie.” Sulla stessa linea, Luigi Frapolli, National Manager - DNE Global osserva che “statisticamente, nonostante ci siano ormai macchine molto più potenti, l’80% del mercato si situa tra i 6 e i 10 kW [...] A volte, per alcuni, è un tratto commerciale distintivo, aggiunge, ma poi non sempre dà necessariamente i vantaggi sperati.”

Oltre a non assicurare l’efficienza voluta, le potenze elevate generano anche degli svantaggi, come ad esempio un consumo energetico ingente, da non sottovalutare, soprattutto in determinati periodi storici e in certe congiunture economiche. Come osserva Maurizio Toselli, Sales Director - BLM GROUP: “una potenza più elevata può dare dei vantaggi, in termini di spessori tagliati o di velocità di taglio su spessori sottili. Ma bisogna considerare che a potenze elevate corrispondono anche altri aspetti, come ad esempio i costi di utilizzo della macchina, i consumi ed anche una certa delicatezza dell’impianto.” Tra gli svantaggi figurano anche quindi gli interventi di manutenzione sensibilmente più frequenti. E in più, potenze elevate devono avere un riscontro in un’adeguata organizzazione a valle, come osserva Pierluigi Vaghini, Engineering Departement Manager – Amada Italia: “Con potenze elevate ci si trova a dover movimentare masse molto importanti quindi spessissimo i clienti che investono su alte potenze si trovano successivamente in difficoltà nella gestione della materia prima e del pacco tagliato.”

Diversi elementi di cui tenere conto, insomma, che mostrano quanto la macchina da taglio laser e il più globale processo produttivo di cui fa parte vadano valutati e studiati nella loro complessità.

Complementare e a supporto della potenza, la dinamica della macchina è un fattore da non trascurare, e su spessori sottili risulta essenziale, come spiega Pierandrea Bello, Product Manager per le tecnologie laser - Salvagnini: “Le alte dinamiche di un laser sono particolarmente rilevanti quando tagliamo lamiera sottile. Quando tagliamo spessori sottili il taglio vero e proprio è circa il 50% del tempo ciclo, mentre gli spostamenti assorbono il restante 50%. Al contrario, più è spessa la lamiera, maggior tempo dobbiamo riservare al taglio: l’impatto degli spostamenti si riduce progressivamente.” Discorso simile quello di Roberto Nicoli, Managing Director - Bystronic Italia, che enumera alcune delle caratteristiche che costituiscono la dinamica della macchina: “Robustezza, rigidità, struttura del basamento, peso, movimentazione... Ci sono macchine oggi che hanno motori lineari che permettono accelerazioni e decelerazioni importanti, precisione di posizionamento, invece delle tradizionali pignone cremagliera. Bisogna guardare anche il ponte di taglio, quanto è rigido, quanto si deflette… Sono tutti fattori meccanici che definiscono la dinamica e quindi le performance della macchina.”
 

Il fascio laser entra in gioco non solo per la potenza con cui viene generato ma anche per la sorgente che lo genera. Se ormai la tecnologia CO2 è largamente superata, il laser fibra può essere generato in diversi modi e i produttori sono sempre alla ricerca di soluzioni che permettano di abbassare costi e interventi di manutenzione. Una delle tecnologie valutate è quella della sorgente a diodo che ha la particolarità di avere una lunghezza d’onda di 0.9 (non di 1 micron, quindi). Questa differenza è rilevante perché alcuni materiali non la assorbono bene, l’unico ad assorbirla perfettamente è l'alluminio, per cui può essere una buona soluzione per le aziende che tagliano esclusivamente alluminio. Soluzione che resta comunque relativamente costosa. Altra via è quella che R. Nicoli chiama “fibra allo stato solido”: “il raggio è generato da un materiale delle dimensioni di un bigliettino da visita, all’interno del quale viene applicata una differenza di potenziale per generare il raggio. Queste “schede”, che somigliano un po’ a quelle del computer, vengono poi unite in pacchetti per ottenere la potenza voluta. Il vantaggio di questa tecnologia è che si appoggia ad un semplice pezzo di metallo, senza specchi, senza pompe del vuoto, il livello di manutenzione è veramente minimo.” Questa soluzione “a pacchetti” permette inoltre di modulare in maniera agevole la potenza a seconda delle esigenze.

La ricerca di sorgenti laser che siano adatte a tutti i tipi di materiali senza far esplodere costi di fabbricazione e di manutenzione resta quindi una sfida interessante a cui i produttori non smettono di interessarsi.
 

Anche i parametri della testa di taglio giocano un ruolo importante nel processo di taglio e può risultare utile che la testa sia prodotta dallo stesso produttore della macchina, poiché una tecnologia sviluppata in interno è garanzia di un controllo maggiore dei vari parametri e degli elementi che costituiscono il taglio.

Più in generale, una tecnologia interamente o comunque in larga parte proprietaria può costituire un vantaggio in quanto consente al produttore di personalizzare al massimo le caratteristiche degli elementi costitutivi della macchina, di controllarle meglio e adattarle quindi più agevolmente alle esigenze di un determinato processo produttivo.

Interessante in questa prospettiva è l’emergenza di software proprietari, dato che sempre più produttori investono nello sviluppo di software in house per poterli parametrare ad hoc. Il software proprietario è un modo per mettere a profitto tutte le proprietà della macchina, come sottolinea Luigi Frapolli - DNE Global: “Il nostro è di proprietà e dedicato alla nostra macchina, e quindi al taglio laser. Sfrutta quindi al 100% le potenzialità dell’impianto.” I produttori conoscono perfettamente le macchine che realizzano, per cui è interessante che si misurino con la messa a punto di software proprietari, ottenendo un vantaggio certo: il software può essere dotato di tutte le funzionalità necessarie, creato su misura, senza opzioni superflue. E sanno anche cosa vanno a servire, ovvero in molti casi un processo di produzione di cui il taglio è solo una fase: “Va considerato che il flusso produttivo corretto impone di analizzare prima la fase di piegatura, poi quella del taglio. La valutazione e l’inserimento nel progetto di parametri come il tipo di materiale, lo spessore o la dimensione della matrice che utilizzeremo durante la fase di bend, consentono al nostro sistema SW di calcolare in autonomia il corretto sviluppo”, osserva Pierluigi Vaghini – Amada Italia.
 

Una delle sfide principali, oggi, è progettare interfacce sempre più intuitive in modo da rendere il software a bordo macchina facile da usare anche per un operatore non esperto, dato che la carenza di personale qualificato è purtroppo un problema sempre attuale. Una delle soluzioni è quella di ricalcare la grafica dell’iPhone, come ci spiega R. Nicoli - Bystronic Italia: “Dato che è ormai raro trovare l’operatore con 30 anni di esperienza che sa usare qualsiasi macchina, e si trova invece il ragazzo appena uscito dall’università che sa usare bene ipad e iphone, ridisegniamo allora l’interfaccia basandoci su questo, con come modello l’iphone, infatti la nostra interfaccia è interamente touchscreen e riprende la grafica dell’iphone. Come con l’iphone, non hai bisogno di istruzioni, è intuitivo. Lo stesso concetto lo abbiamo applicato al controllo macchina sviluppandolo noi internamente.”

In un contesto sempre più automatizzato, il software a bordo macchina riveste un ruolo chiaramente importante, assieme a quelli di CAD/CAM, perché vanno ad interconnettersi e a scambiare dati con i sistemi di MES e gli ERP, cosa che permette di monitorare il lavoro della macchina oltre che a controllarlo ed impostarlo. Questo monitoraggio è utile sia per anticipare eventuali fermi macchina che per la manutenzione, ma anche per avere una visione strategica dell’uso della macchina e ottimizzarne il funzionamento, come suggerisce M. Toselli - BLM GROUP: “Molti imprenditori comprano macchine aggiuntive senza pensare che potrebbero invece sfruttare meglio quelle già in loro possesso. Quindi è importantissimo monitorare il funzionamento della macchina tramite i software di gestione, che possono fornire consigli su come ottimizzarne l’uso.”

Diversi produttori sviluppano attualmente software gestionali in interno che sfruttano sistemi di IoT (Internet of Things) con un’interconnessione completa e un monitoraggio in tempo reale della produzione, e interessantissimi sono gli effetti sull’uso e sull’utilità di questo enorme flusso di dati sullo sviluppo della cosiddetta manutenzione predittiva, ad esempio, come vedremo più nel dettaglio nell’articolo dedicato alla Smart Factory.
 

Ma le nuove tecnologie digitali non permettono solo di impostare la macchina e avere poi un feedback sul suo funzionamento. Uno dei risvolti più utili è quello della gestione in itinere del processo di taglio, con un miglioramento effettivo della performance e un adattamento automatico al tipo di materiale e di spessore. Michele Turrisi, Amministratore Delegato - TRUMPF sottolinea ad esempio il fondamentale supporto di una serie di funzioni intelligenti disponibili sugli impianti di taglio laser per “monitorare il procedimento e regolare autonomamente la velocità d’avanzamento”, perché il sensore riconosce la qualità del materiale, senza l’intervento dell’operatore, quindi, ma soprattutto senza neanche la necessità di programmare la macchina, andando quindi a risparmiare tempo sulla programmazione offline. E il tutto anche in presenza di variazione nello spessore della lamiera sul singolo foglio e contaminazioni da ruggine o da residui di vernice.

I sensori permettono tra le altre cose di gestire l’allineamento del foglio, grazie a 3 o 2 punti di rilievo. Ma in questo caso, invece di andare a sviluppare e far evolvere i sensori, si può optare per un’altra soluzione, sfruttando le telecamere, che permette di guadagnare tempo e di eliminare il margine di errore del sensore su fogli che non sono completamente piani. Il foglio può infatti non essere perfettamente regolare e inclinarsi leggermente verso i bordi e in questo caso il sensore può non riconoscerne tutta la superficie. Quanto tempo permette di guadagnare questo sistema? P. Bello - Salvagnini ci suggerisce che è relativo, ma può incidere, spiegandoci praticamente che “eliminare i rilievi per l'allineamento foglio può ridurre il tempo ciclo di circa 7 secondi, e in base all’applicazione e all’urgenza questi 7 secondi possono essere più o meno rilevanti”.
 

Anche se digitalizzazione, big data e intelligenza artificiale sono mondi affascinanti che hanno realmente rivoluzionato il taglio laser della lamiera, non mancano migliorie possibili a livello puramente meccanico che possono fare la differenza.

Un esempio è quello presentato da M. Turrisi - TRUMPF, ed incide sulla stabilità del pezzo durante il taglio. Si tratta di nanogiunzioni “che a differenza delle microgiunzioni fissano il componente al grigliato residuo mediante un punto minimo. È possibile così lavorare in sicurezza, separando con maggiore semplicità i componenti dal grigliato residuo, utilizzando il materiale in maniera più efficiente.”

Un’altra accortezza riguarda le griglie, un punto critico, perché si sporcano, andando a ridurre sensibilmente la qualità del taglio. Per evitarlo, P. Bello - Salvagnini ci spiega come optare per una spazzola che ne pulisce le punte e per un pettine dotato di cinghioli “che depositano la lamiera facendola scivolare piano piano” rappresenta un’astuzia che sostanzialmente azzera il rischio di danneggiare il materiale o le parti tagliate e che permette di tenere le griglie più pulite e in ordine.

E, nella stessa ottica, ci spiega perché le griglie delle sue macchine sono bianche: “Non si tratta di un materiale speciale, ma di normali griglie di ferro con un rivestimento ceramico. Questo rivestimento evita che durante il taglio il materiale in fusione aderisca alle griglie, rovinandole – e ne estende quindi la vita”.
 

La congiuntura storica e di conseguenza economica del momento, porta chiaramente i produttori a fare molta attenzione ai costi, cercando di ridurre i consumi e optando per esempio per soluzioni di taglio ad aria compressa, in modo da evitare il gas, ad oggi costoso e poco disponibile.

In questo contesto, le soluzioni low cost si stanno sviluppando, raggiungendo livelli di performance interessanti. L. Frapolli - DNE Global invita ad esempio a valutare l’investimento concentrandosi sul rapporto costo-prezzo: “L’imprenditore riceve una molteplicità di informazioni su - ad esempio- la velocità di taglio, lo spessore massimo, ecc. ma spesso dietro a queste performance ci sono dei costi e in alcuni casi le macchine molto performanti non hanno una vera utilità in un determinato contesto di produzione modesta: una macchina molto performante usata due ore al giorno non ha molto senso, non è sempre utile investire così tanto in potenza, si può consacrare quel budget a fare interventi più utili.”