6 kW di potenza bastano per un taglio laser di qualità, efficiente e remunerativo?

Per un taglio di qualità, efficiente e, soprattutto, remunerativo, scegliereste azoto o aria compressa? Preferireste una sorgente a 6 kW o inseguireste potenze più elevate? Abbiamo parlato di questi temi con Pierandrea Bello, Product Manager di Salvagnini Group che ci ha dimostrato, numeri alla mano, che possono esserci strade alternative all’incremento di potenza. Salvagnini, per esempio, raggiunge un’ottima qualità nel taglio in aria e un costo pezzo decisamente competitivo combinando il suo sistema L5 e una sorgente 6 kW ad alta densità di potenza.

di Fabrizio Garnero

Presentato al mercato durante l’edizione 2010 di EuroBLECH, il sistema di taglio laser Salvagnini L5 ha, sin da subito, raccolto ottimi risultati. Durante la progettazione, riconsiderare in toto il processo di taglio ha consentito di indirizzare lo sviluppo tecnologico in direzioni nuove e di ripensare i movimenti del sistema. La struttura a compasso, che possiamo definire come il cuore della soluzione meccanica, è il risultato di queste fasi di analisi e progettazione: grazie all’assenza di percorso ottico due braccetti in carbonio, azionati da una coppia di motori rotativi, nei piccoli spostamenti consentono di muovere a elevate dinamiche la testa di taglio sul piano X-Y riducendo i movimenti dell’intero carro che effettua solo i movimenti cosiddetti macro.

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1. Il particolare scelto da Salvagnini per realizzare il benchmark oggetto dello studio.
1. Il particolare scelto da Salvagnini per realizzare il benchmark oggetto dello studio.

“Ci è sempre piaciuto definire L5 una soluzione ad alte dinamiche,” spiega Pierandrea Bello, Product Manager Salvagnini. “La struttura a compasso in fibra di carbonio che la caratterizza, con la sua cinematica ridondante, le permette di avere inerzie estremamente ridotte e accelerazioni elevate, pur mantenendo i consumi contenuti, a differenza delle soluzioni a motori lineari. Ogni traiettoria della testa di taglio è ottenuta dal movimento congiunto di 3 assi, uno lungo l’asse X, due lungo i due assi Y: in questo modo l’algoritmo presente nel controllo affida agli assi con minore inerzia le accelerazioni più spinte, raggiungendo così alte dinamiche sia sugli spostamenti di taglio che su quelli in rapido. Alte dinamiche che si esprimono al meglio sugli spessori medio-sottili”.

La parola ai numeri

Oggi, a distanza di un decennio dal suo “battesimo”, il sistema L5 si presenta con una nuova struttura a compasso in fibra di carbonio, pensata per ottimizzare le alte prestazioni grazie alla nuova sorgente a 6 kW ad alta densità di potenza. Un connubio che, come vedremo nel seguito, dà una risposta più che adeguata al quesito iniziale posto nel titolo e nel sommario di questo articolo.
“Una delle caratteristiche principali della sorgente Salvagnini a 6kW ad alta densità di potenza – spiga ancora Pierandrea Bello – è quella di garantire prestazioni ancora più elevate su spessori medio-sottili. Ecco che abbinare questa sorgente all’L5 le permette di essere ancora più vincente nel suo principale range applicativo. Il risultato? Un costo pezzo molto, molto competitivo, sia che si parli di taglio in azoto sia che si parli di taglio in aria compressa”.

3. Alcuni esempi di nesting di mix produttivi presi in considerazione dallo studio.
3. Alcuni esempi di nesting di mix produttivi presi in considerazione dallo studio.
3. Alcuni esempi di nesting di mix produttivi presi in considerazione dallo studio.
3. Alcuni esempi di nesting di mix produttivi presi in considerazione dallo studio.

Ma cosa significa costo pezzo molto, molto competitivo? Lasciamo siano i numeri a dirlo. Consideriamo una soluzione standard per il taglio laser – per rimanere in casa Salvagnini guardiamo a un L3 – con una sorgente a 6 kW tradizionale. Consideriamo di utilizzarla sulla base di due turni, quindi 16 ore al giorno, per un anno, per tagliare acciaio inox in azoto. E consideriamo di fare altrettanto con una L5 dotata di una sorgente 6 kW ad alta densità di potenza, utilizzata esattamente secondo gli stessi parametri. Il costo orario di L5 è superiore, ma la differenza è esigua e si assesta intorno al 2% (è stato calcolato un ammortamento spalmato su 5 esercizi fiscali, considerando il 5% di interessi e un valore residuale del 20%). A cambiare in modo considerevole sono i risultati.

2. Considerando l’acciaio inox e il taglio in azoto, fino ai 3 mm di spessore, con la sorgente da 6 kW ad alta densità di potenza si raggiungono velocità di taglio superiori a una sorgente da 8 kW e, fino ai 2,5 mm, superiori a quelle di una da 10 kW.
2. Considerando l’acciaio inox e il taglio in azoto, fino ai 3 mm di spessore, con la sorgente da 6 kW ad alta densità di potenza si raggiungono velocità di taglio superiori a una sorgente da 8 kW e, fino ai 2,5 mm, superiori a quelle di una da 10 kW.

“Abbiamo scelto, per realizzare questo benchmark, un particolare tipico, stretto e lungo (Figura 1)” spiega Bello. “Ne abbiamo analizzato i tempi di taglio: fino ai 3 mm di spessore, rispetto alla sorgente tradizionale, la sorgente ad alta densità di potenza garantisce risultati davvero eccezionali raggiungendo tempi di taglio tra il 30% e il 40% inferiori, mentre sui 4mm la prestazione continua a essere molto interessante, garantendo tempi del 10% inferiori. A partire da 6 mm le prestazioni praticamente si equivalgono. Possiamo quindi concludere che sopra gli 8 mm di spessore il costo pezzo sia sostanzialmente lo stesso, mentre sotto i 6 mm i vantaggi – dal punto di vista delle prestazioni e quindi del costo pezzo – siano incredibili. Anzi, la sorgente ad alta densità di potenza è talmente efficace da essere competitiva anche con sorgenti di potenze superiori: sempre considerando l’acciaio inox e il taglio in azoto, fino ai 3 mm di spessore, a esempio, si raggiungono velocità di taglio superiori a una sorgente da 8 kW e fino ai 2,5 mm di spessore superiori a una sorgente da 10 kW. La densità di potenza è inversamente proporzionale al quadrato della dimensione del fascio, di conseguenza, per esempio, una sorgente da 8 kW 100 mn ha una densità di potenza, al punto di focalizzazione, inferiore rispetto alla sorgente Salvagnini 6 kW 50 mn (Figura 2)”.

4. Confronto costo pezzo nel taglio in azoto.
4. Confronto costo pezzo nel taglio in azoto.

Prestazioni e mix produttivo

A questo punto proviamo a considerare come queste prestazioni possano incidere su un mix produttivo. Sono stati presi in considerazione una decina di nesting differenti, ipotizzando di doverli tagliare su acciaio inox e in diversi spessori, compresi tra 1 e 5 mm (Figure 3). È stato valutato il tempo di taglio su L5 con sorgente 6 kW ad alta densità di potenza, ricavandone un costo pezzo, e comparato i risultati ottenuti con quelli di altre sorgenti da 6, 8 e 10 kW attualmente disponibili sul mercato. I risultati sono particolarmente interessanti.
“Concentriamoci sul taglio in azoto: il nostro costo orario è decisamente inferiore” afferma convinto Bello. “È vero che i tempi di taglio, rispetto a un 8 o a un 10 kW, possono essere leggermente superiori, ma guardiamo al costo pezzo: oscilla tra un -8% e un -26%. Se l’obiettivo è quello di ridurre i costi per aumentare la marginalità, la sorgente Salvagnini ad alta densità di potenza è necessariamente da prendere in considerazione (Figura 4)”.
Questi risultati, già di per sé interessanti, diventano ancora più attraenti se si considera l’aria compressa come gas di assistenza. “Se guardiamo al taglio in aria compressa – prosegue Bello – oltre a un costo orario più basso, i tempi di taglio di L5 con sorgente ad alta densità di potenza sono decisamente più contenuti. Di conseguenza, il costo pezzo è ancora più vantaggioso: oscilla, infatti, tra un -29% e un -39% rispetto alle sorgenti tradizionali. È un parametro che non si può proprio ignorare (Figura 5)”.

5. Confronto costo pezzo nel taglio in aria.
5. Confronto costo pezzo nel taglio in aria.

Aria compressa di alta qualità, a un costo ridotto

E proprio lo sviluppo del taglio in aria, su cui Salvagnini lavora da anni, sta portando a risultati davvero significativi per le sorgenti ad alta densità di potenza. “Che la produttività del taglio in aria compressa sia simile a quella dell’azoto ma con un costo molto più contenuto, è un dato per noi consolidato” racconta ancora Pierandrea Bello. “E questo fa del taglio in aria una soluzione già molto apprezzata e diffusa, soprattutto dove il costo dell’azoto è piuttosto elevato, per motivi geografici o di fornitura. Ma il divario in termini di qualità che da sempre differenzia taglio in azoto e taglio in aria oggi si sta riducendo sensibilmente. L’alta densità di potenza e l’alta velocità di taglio del sistema L5 permettono di ridurre l’ossidazione del bordo di taglio, migliorandone la qualità. Questo ci ha permesso anche di aumentare gli spessori tagliabili: oggi affrontiamo in aria compressa anche i 10 mm su acciaio inox, acciaio dolce e alluminio, con velocità di taglio in genere lievemente inferiori rispetto a quelle del taglio in azoto, e con prestazioni che non esito a definire buone. Naturalmente, pur considerando che ogni caso applicativo va considerato nella sua singolarità, ma vediamo che sempre più spesso i nostri clienti puntano sul taglio in aria compressa”.

6. Il taglio in aria può portare a un risparmio orario di oltre 10 €.
6. Il taglio in aria può portare a un risparmio orario di oltre 10 €.

A questa crescita si somma anche l’introduzione della nuova opzione sviluppata da Salvagnini APM: un sistema compatto e chiavi in mano per il taglio in aria compressa, che collegandosi direttamente alla rete pneumatica aziendale, normalizza i valori di pressione, filtraggio ed essicazione dell’aria compressa ottimizzandoli per il taglio in aria e abbinandoli a consumi nettamente inferiori rispetto alle normali soluzioni con compressore dedicato. L’opzione APM, combinata con la velocità della sorgente da 6 kW ad alta densità di potenza, permette di tagliare in aria un’ampia gamma di materiali mantenendo una qualità molto elevata e costi decisamente contenuti. Perché l’aspetto più interessante rimane proprio quello dei costi operativi: in un’ulteriore analisi è stato considerato di tagliare del ferro con uno spessore di 6 mm.
“Il solo azoto, in base al suo prezzo al m3, può costare tra i 13 e i 54 €/h” spiega Bello. “Il costo dell’aria cambia in base al numero di ore in cui il sistema lavora, perché nella nostra analisi abbiamo voluto anche includere la quota parte dell’ammortamento dell’attrezzatura necessaria – per l’appunto, l’opzione APM – ma si attesta sempre tra i 2 e i 3 €/h.
I conti sono presto fatti: già in un mercato con un costo al metro cubo dell’azoto molto basso, tagliando sempre in aria compressa, possiamo risparmiare oltre 10 €/h (Figura 6)”.

7. Un esempio di automazione Salvagnini in grado di garantire un’autonomia più smart e il sorting automatico dei particolari.
7. Un esempio di automazione Salvagnini in grado di garantire un’autonomia più smart e il sorting automatico dei particolari.

Massimizzare il vantaggio con l’automazione

Abbiamo visto come alcune soluzioni Salvagnini possano non soltanto contribuire alla riduzione del costo orario, ma anche portare a un incremento importante della produttività della macchina di taglio laser. Per esse sfruttata appieno, però, questa maggior produttività non dovrebbe essere confinata, limitata alla sola macchina, che risente comunque di alcuni vincoli. Come fare, quindi, a massimizzare il vantaggio?
“Senza un opportuno investimento in automazione, c’è il rischio concreto che non si riescano a sfruttare appieno i vantaggi di produttività di cui abbiamo parlato” conclude Pierandrea Bello. “Anche in questo campo notiamo tendenze particolari, perché sempre più spesso i nostri clienti chiedono un’autonomia più smart, più evoluta (Figura 7). Proprio in quest’ottica abbiamo sviluppato i nostri nuovi magazzini a torre, che possono gestire contemporaneamente la disponibilità di materiali, spessori e taglie diversi riducendo i tempi morti e aumentando l’efficienza complessiva del sistema. Ma ciò che più distingue i magazzini a torre Salvagnini è la gestione dinamica dei vassoi: ciascun vassoio per il materiale grezzo, una volta terminato l’ultimo foglio del pacco, si adatta per ricevere quello lavorato ed è il sistema a occuparsi autonomamente di modificarne la destinazione, espandendo ulteriormente l’autonomia del magazzino.

L’altra grande tendenza, per quanto riguarda le richieste di automazione, è quella relativa ai tempi di carico/scarico molto molto contenuti, per evitare che sia l’automazione, a sua volta, a diventare un collo di bottiglia per la macchina. Infine, più di un terzo delle nostre installazioni prevedono anche un dispositivo per il sorting automatico dei particolari: per ridurre la dipendenza del sistema dall’operatore da una parte, e per avere disponibile con più rapidità il semilavorato per le lavorazioni successive dall’altra”.

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