Le costruzioni navali vedono il futuro nei laser

I cantieri navali utilizzano sempre più spesso il laser per saldare e unire lamiere d’acciaio pesanti e moduli di cabina enormi. Nuovi metodi contribuiranno ad ampliare la gamma di applicazioni.

di Roberto Puddino

In ambito navale la tecnologia laser è sempre più spesso la strada tecnologica intrapresa per la saldatura dei vari componenti. Non mancano certo gli esempi: MV Meyer Werft, in occasione dell’ampliato del suo sito produttivo di Rostock ha posto il laser come focus tecnologico fondamentale. La stessa cosa è accaduta con l’iniziativa “Shipyard of the Future” del cantiere statunitense Ingalls Shipbuilding e con la modernizzazione del cantiere STX in Francia che, nel 2016, costruì la più grande nave da crociera dell’epoca, la Harmony of the Seas; un colosso lungo 362 m e largo 66 m in grado di trasportare 6.360 passeggeri e 2.100 membri dell’equipaggio. I cantieri navali utilizzano quindi processi di saldatura laser ibrida per costruire queste enormi navi in acciaio. Oltre ad avere processi di saldatura più rapidi e con minori sollecitazioni termiche sui componenti, questo metodo di saldatura ha un altro importante vantaggio. In passato, gli enormi pannelli di acciaio venivano torniti e saldati una seconda volta, ma ora è sufficiente una sola saldatura da un lato.

Il laser velocizza il lavoro nei bacini di carenaggio fino al 40%
A Rostock, MV dispone di uno dei più avanzati impianti di saldatura ibrida laser in Europa. In processi ampiamente automatizzati, producono grandi pannelli in acciaio fino a 400 m2 (25 x 16 m).
Una stazione di saldatura è integrata nell’assemblaggio automatico dei profili con la saldatura ad incastro su due lati, utilizzando proprio il processo laser-ibrido. Per il cantiere, la linea di saldatura automatica di pannelli sottili fa parte di un ampio concetto di digitalizzazione che stabilirà i processi Industry 4.0 nella cantieristica navale.
L’energia concentrata del laser riduce anche la deformazione e la necessità di allineamento, poiché la fase di raffreddamento richiede poco più di un secondo. In una pubblicazione WLT in occasione di Lasers in Manufacturing (LIM 2017), un gruppo di ricerca di San Pietroburgo menzionò ulteriori vantaggi: un triplo aumento delle prestazioni, fino al 40% in meno di materiale e consumo energetico, e cordoni di saldatura molto più duraturi. A seconda dello spessore del materiale e dell’operazione di saldatura, velocità di esecuzione comprese tra 1 e 3 m/min sono molto interessanti considerando le dimensioni della costruzione navale. L’uso del laser velocizza il lavoro nei bacini di carenaggio fino al 40%.
Questo spiega perché i processi laser sono in aumento.
I progetti di ricerca come DOCKLASER (2002-2006) e BESST (Breakthrough in European Ship and Shipbuilding Technologies; 2009-2013) hanno costituito la base. La Meyer Werft di Papenburg, in Germania, ha avuto una posizione di leadership in questi progetti, non a caso gestisce il più grande centro laser in Europa in cui sono installati sei sistemi laser da 12 kW con laser CO2 di Trumpf per la fabbricazione di moduli per navi da crociera.

Metodi laser e plasma, spalla a spalla: progressi nella ricerca
Nei cantieri navali, i sistemi di saldatura laser uniscono le lamiere d’acciaio, che vengono generalmente tagliate a misura con metodi al plasma. Questo processo è veloce ed economico, ma presenta alcuni svantaggi rispetto al taglio laser. A causa della mancanza di messa a fuoco, i tagli sono più ruvidi e in molti casi, a causa del calore, i bordi tagliati devono essere puliti successivamente. Per questo motivo i laser sono spesso utilizzati per le lamiere d’acciaio più sottili. I fornitori leader offrono tecnologie di taglio al plasma e laser che si completano molto bene tra loro. Per esempio, per il taglio vengono utilizzati laser a fibra ad alte prestazioni di IPG. La tecnologia è in continuo sviluppo. Quando si cerca di aumentare l’efficienza, i cantieri navali si rivolgono al laser. L’obiettivo dell’attuale progetto comune DIOMAR-Thick Metal Sheet Welding by High-Power Diode Laser for Maritime Applications, che coinvolge Laser Zentrum Hannover (LZH), Laserline, Held Systems e Meyer Werft, è quello di sviluppare un nuovo processo di saldatura laser per lamiere di acciaio fino a 30 mm di spessore. A tale scopo, Laserline implementa sorgenti laser a diodi con una potenza massima di uscita fino a 60 kW in modalità a onda continua. Queste devono essere il cuore dei processi di saldatura laser pura, dove la preparazione dei bordi di saldatura, che richiede tempo e costi, non sarà necessaria. In un altro progetto, LZH sta lavorando insieme a Trumpf, Precitec, Scansonic MI e altri partner per sviluppare soluzioni leggere per le navi. L’attenzione è focalizzata sui robusti giunti acciaio-alluminio. Anche i materiali sandwich con lamiere di acciaio e un’anima di schiuma di alluminio sono estremamente interessanti per i costruttori navali. Anche la produzione additiva di strutture grezze potrebbe presto essere possibile. Per quanto riguarda la costruzione navale, il nuovo Fraunhofer Research Institution for Additive Manufacturing Technologies IAPT di Amburgo, in Germania, gestisce il più grande sistema di applicazione laser a portale per componenti fino a 30 m di lunghezza.