Produttività e redditività sono proporzionali alla potenza laser?

Avendo ben chiaro quanto il taglio laser conservi il proprio ruolo strategico in qualsiasi processo di trasformazione della lamiera abbiamo deciso di indagare quella che sembra effettivamente essere la principale tendenza tecnologica del settore, ovvero l’incremento della potenza laser. Per questa ragione abbiamo chiesto il contributo di chi ha fatto dell’elevata potenza il proprio credo interpellando Andrea Porta, CEO della filiale italiana di Eagle, che è stata pioniera in questo senso, che ha accettato di rispondere alle nostre domande.

“Se 4 o 6 kW erano il limite massimo di potenza per sistemi di taglio laser CO2, oggi sempre più clienti in tutto il mondo stanno già apprezzando i grandi benefici delle potenze da 10, 12 e 15 kW che i laser in fibra permettono di raggiungere” esordisce Andrea Porta. “In questo ritengo di poter dire, senza paura di smentita, che abbiamo guidato il cambiamento. Negli ultimi 15 anni Eagle è stata pioniera con le alte potenze, prima azienda a commercializzare il 6 kW, quindi 8 kW, 10 kW, 12 kW, e da più di due anni 15 kW”. Una premessa che fa capire di aver interpellato la persona giusta cui chiedere se l’alta potenza è una panacea per ogni tipologia di taglio o se esistono dei distinguo; pensiamo per esempio agli spessori o al taglio in ossigeno piuttosto che in azoto. “È fondamentale partire da un concetto basilare – spiega Porta – ovvero che il processo di taglio laser avviene principalmente con l’utilizzo di due gas di assistenza ossigeno e azoto. Il taglio con l’ossigeno viene utilizzato solo per alcuni tipi di materiali, più comunemente l’acciaio dolce. L’aumento di potenza, in questo caso, è efficace fino a circa 6 o 8 kW di potenza; con questa tecnologia un ulteriore aumento della potenza laser non consente un aumento della velocità di taglio, ma semplicemente un minore tempo per gli sfondamenti” come si evince dalla Figura 1.

1. Nel taglio, l’aumento di potenza è efficace fino a circa 6 o 8 kW di potenza; un ulteriore incremento non consente, infatti, un aumento della velocità di taglio, ma semplicemente un minore tempo per gli sfondamenti.
1. Nel taglio, l’aumento di potenza è efficace fino a circa 6 o 8 kW di potenza; un ulteriore incremento non consente, infatti, un aumento della velocità di taglio, ma semplicemente un minore tempo per gli sfondamenti.

L’aumento di produttività, con il taglio in ossigeno, è quindi trascurabile e il maggior costo per l’acquisto di un sistema ad alta potenza non giustifica l’investimento. “Al contrario – prosegue Porta – il taglio con l’azoto non ha nessuna limitazione all’aumento della potenza che permette di incrementare lo spessore massimo processabile; infatti con sorgenti da 12 kW riusciamo a lavorare fino a 60 mm di spessore, ma senza alcun dubbio i laser ad alta potenza danno grandi benefici tra 1,5 mm e 25 mm. Per tutti questi spessori la potenza può essere sfruttata in modo ottimale e più potenza si traduce in maggiore produttività e minori costi per pezzo. Come vediamo nei grafici riportati nelle Figure 2 e 3, la maggiore potenza laser aumenta la velocità in modo lineare per tutti gli spessori di taglio”.

2. La maggiore potenza laser aumenta la velocità in modo lineare per tutti gli spessori di taglio.
2. La maggiore potenza laser aumenta la velocità in modo lineare per tutti gli spessori di taglio.

La potenza è proporzionale alla velocità, ma anche alla produttività?

La vera sfida in realtà è riuscire a sfruttare la velocità che l’alta potenza permette di ottenere durante il taglio. Servono infatti macchinari completamente diversi da quelli che venivano utilizzati con le sorgenti CO2 che potevano raggiungere velocità di taglio che oggi si raggiungono facilmente su spessori medi con le nuove tecnologie. “Un laser da 10 KW fibra riesce a tagliare il 5 mm a circa 15 m/min, velocità cinque volte superiore rispetto a quella che la maggior parte dei laser CO2 riuscivano a raggiungere” spiega Andrea. “In più non possiamo dimenticare che la potenza non è solo proporzionale alla velocità, ma anche alla qualità. Per la maggior parte delle applicazioni, una maggiore potenza permette di immettere meno calore nel materiale grazie alla maggiore velocità di taglio, producendo così un bordo di taglio migliore. Se il sistema consente di sfruttare la maggiore velocità di taglio, questa si trasforma in minori tempi di produzione e quindi una maggiore produttività oraria. Si può comprendere facilmente che la potenza laser è proporzionale alla produttività dai grafici che andremo a vedere nel seguito. Abbiamo preso in esame un particolare reale di un nostro cliente, che è diventato il nostro benchmark, e lo abbiamo tagliato su acciaio al carbonio con spessori da 1 a 15 mm (Figura 4) con potenze di 4, 6, 8, 10, 12 e 15 kW.

3. La maggiore potenza laser aumenta la velocità in modo lineare per tutti gli spessori di taglio.
3. La maggiore potenza laser aumenta la velocità in modo lineare per tutti gli spessori di taglio.

Dalle prove effettuate, appare evidente che all’aumentare della potenza, cresce il numero di unità prodotte in un’ora. Bisogna però ricordare che più si taglia velocemente e più è fondamentale avere una macchina con elevate dinamiche: principalmente velocità e accelerazione (Figure 5, 6 e 7).
Analizzando il nostro campione tagliato sui vari spessori vediamo che l’aumento di produttività è proporzionale all’aumento della potenza. L’incremento è un po’ meno consistente nel taglio dei 2 mm solo perché le velocità di taglio sono talmente elevate da essere difficilmente raggiunte durante la lavorazione. L’obbiettivo è avere una velocità media, durante il taglio del particolare, il più vicino possibile a quella comandata.

4. Dalle prove effettuate, appare evidente che all’aumentare della potenza, cresce il numero di unità prodotte in un’ora.
4. Dalle prove effettuate, appare evidente che all’aumentare della potenza, cresce il numero di unità prodotte in un’ora.

La concezione del sistema è fondamentale per sfruttare i vantaggi dell’alta potenza

Sembra dunque che non basta adottare una sorgente a elevata potenza per ottenere benefici ma che il sistema scelto deve essere sviluppato in modo adeguato a sfruttarne tutti i vantaggi; è quindi il connubio sistema di taglio e sorgente la discriminante?
“La macchina deve essere in grado di raggiungere la velocità di taglio impostata in ogni profilo o traiettoria, in modo da non limitarne la produttività e la qualità di taglio” dice Andre Porta. “Non a caso, con le alte potenze Eagle tende ad abbinare il modello iNspire® (Figura 8), che può raggiungere la velocità negli spostamenti di 350 m/min, velocità di taglio di 150 m/min e, soprattutto, accelerazioni fino a 6g, che la rendono la macchina più performante del mercato. Le dinamiche di un sistema come l’iNspire sono fondamentali per poter sfruttare al massimo i vantaggi dell’alta potenza.
Abbiamo l’esempio di alcuni nostri clienti come Ferrinox a Resana (TV), Laserpoint a San Giorgio in Bosco (PD) e Officine Piccoli a Castel D’Azzano (VR) che, dopo aver già utilizzato laser CO2 e fibra con potenze fino a 4.000 W hanno apprezzato i vantaggi che l’alta potenza, abbinata a una iNspire, ha portato nelle loro aziende, aumentando di circa quattro volte la produttività che raggiungevano con le loro precedenti tecnologie, fibra inclusi.
Naturalmente, la propagazione del fascio, la tecnologia delle teste di taglio e la progettazione delle macchine dovranno tenere il passo con l’aumento di potenza per garantire che il laser fibra mantenga la sua affidabilità e il basso costo operativo. In quanto pioniere nella tecnologia laser ad alta potenza e nella progettazione di macchine fibra ultraveloci, Eagle ha già maturato un bagaglio tecnologico che permette di gestire al meglio l’alta potenza grazie all’utilizzo di una testa di taglio con collimatore adattivo brevettato e a una serie di soluzioni che rendono i macchinari unici in questo settore”.

9. Aumentando la potenza, la produttività della macchina aumenta più velocemente del costo operativo totale, che aumenta proporzionalmente al maggior investimento necessario.
9. Aumentando la potenza, la produttività della macchina aumenta più velocemente del costo operativo totale, che aumenta proporzionalmente al maggior investimento necessario.

Aumento di produttività del 247% e riduzione del costo pezzo del 173%

Abbiamo capito che la velocità è proporzionale alla produttività; ma esiste la stessa correlazione tra la produttività e la redditività grazie all’alta potenza. Anche in questo caso, Andrea Porta sembra avere le idee piuttosto: “ovviamente la produttività ha una influenza enorme sul costo per particolare. Per semplicità di ragionamento abbiamo scelto 100 € come costo di esercizio per un laser da 4 kW. Questo rappresenta il costo totale, non di vendita. Include quindi il costo operativo della macchina, la manodopera, i costi generali dell’azienda e gli ammortamenti della macchina, immaginando di lavorare 3.000 h all’anno e calcolando un ammortamento in 5 anni. È ben visibile dal grafico della Figura 9 che, aumentando la potenza, la produttività della macchina aumenta più velocemente del costo operativo totale, che aumenta proporzionalmente al maggior investimento necessario.

10. Il grafico mostra l’incremento di redditività percentuale al crescere della potenza.
10. Il grafico mostra l’incremento di redditività percentuale al crescere della potenza.

Se analizziamo il grafico in percentuali (Figura 10), così da non essere vincolati dal tipo di particolare tagliato, notiamo che analizzando un range di spessore da 2 a 15 mm, rispetto a un sistema di taglio laser da 4 kW, il proprietario di una macchina da 10 kW guadagna il 129% di produzione e ha un aumento del 19% del costo totale di esercizio. Il proprietario di un sistema di taglio laser da 15kW, sempre rispetto a un 4 kW, ha un aumento di produttività del 247% con un aumento del 23% del costo operativo totale.

11. La potenza e proporzionale alla produttività e al profitto.
11. La potenza e proporzionale alla produttività e al profitto.

Quindi, cosa succede se analizziamo il costo per particolare? Quando si analizzano insieme la potenza laser, produttività e i costi di esercizio (3.000 ore di lavoro all’ anno e ammortamento in 5 anni) otteniamo un grafico come quello di Figura 11 da cui si evince che la potenza e proporzionale alla produttività e al profitto. Rispetto a un cliente che ha acquistato un sistema con 4 kW di potenza, chi ha investito in un 10 kW avrà un aumento di produttività del 129% e una riduzione del costo per particolare del 92%, chi invece ha acquistato un 15 kW avrà un aumento di produttività del 247% e riduzione del costo pezzo del 173% (Figura 12). Eagle Italia è a disposizione per preparare costi operativi personalizzati e siamo sicuri che i risultati saranno analoghi a quelli dei precedenti grafici. La maggiore potenza darà profitti molto più alti e molta più produttività”.

12. Rispetto a un cliente che ha acquistato un sistema con 4 kW di potenza, chi ha investito in un 10 kW avrà un aumento di produttività del 129% e una riduzione del costo per particolare del 92%, chi invece ha acquistato un 15 kW avrà un aumento di produttività del 247% e riduzione del costo pezzo del 173%.
12. Rispetto a un cliente che ha acquistato un sistema con 4 kW di potenza, chi ha investito in un 10 kW avrà un aumento di produttività del 129% e una riduzione del costo per particolare del 92%, chi invece ha acquistato un 15 kW avrà un aumento di produttività del 247% e riduzione del costo pezzo del 173%.

Tornando quindi alla domanda iniziale la risposta di Eagle e del suo “credo” non può che essere sì, la potenza laser è direttamente proporzionale alla produttività e alla redditività di processo. “Aggiungerei di più” conclude Porta: “il mercato delle macchine laser sta vivendo un cambiamento dinamico, con il costante aumento della potenza dei laser fibra. A differenza di molti altri processi di taglio, il laser fibra ha visto, e continuerà a vedere, un graduale aumento della potenza e l’investimento in un sistema ad alta potenza non sarà mai un errore. In base all’applicazione potrà magari non assicurare dei benefici così sbalorditivi, ma poco o tanti che siano, porterà dei benefici che mi fanno dire che investire in un sistema di taglio laser ad alta potenza non sarà mai sbagliato”.