Corso di Taglio e Lavorazioni Digitali: 5 Taglio Laser

5 – Taglio Laser

Tipi di laser 

• CO₂ (anidride carbonica) – sorgente gas/ottica infrarossa; ottimo per materiali organici e molte materie plastiche (legno, MDF, cartone, acrilico/PMMA, pelle, tessuti naturali). È la tecnologia più diffusa nelle macchine da laboratorio/hobby e per produzione leggera. Trotec Laser GmbHEpilog Laser

• Fiber (fibra) – sorgente a stato solido/laser a fibra; efficacissimo su metalli (acciaio inox, alluminio con trattamento, ottone in marche specifiche), marcatura profonda su metalli e taglio di lamiere sottili con impianti industriali. Non adatto per taglio dell’acrilico trasparente: il materiale ha assorbimento diverso rispetto all’infrarosso di CO₂. trumpf.comLightwave Innovations

• Diode (diodo) – compact/low-cost: utili per piccole incisioni e tagli su materiali sottili; potenza tipica inferiore a CO₂/fibre. Utile per hobbistica e marcatura. xtool.com

• Nota su “DLP”: DLP è una tecnologia additiva (proiezione/indurimento resina) usata nella stampa 3D, non è una famiglia di laser per taglio nel senso tradizionale. Non confondere DLP con laser da taglio. polyspectra.com

Principali parametri di processo — teoria + formule utili

Potenza (P), velocità (v) e energia applicata

• Potenza (P) in W (J/s).

• Velocità (v) in mm/s (o mm/min).

• Energia applicata per unità di percorso (E_L) → aiuta a comparare diverse coppie potenza/velocità:

  $$E_{L}=\frac{P}{v}\qquad\text{(J per mm)}$$

  Esempio pratico (calcolo passo-passo): ipotesi: macchina CO₂ 40 W che taglia a 10 mm/s.

  • P = 40 W (40 joule/secondo).

  • v = 10 mm/s.

  • energia per mm: dividiamo 40 per 10: 
    $40 \div 10 = 4$

  • Quindi: 
    $E_{L}=4\ \mathrm{J/mm}$

  Questo numero è utile per confrontare: se una certa combinazione P/v taglia il materiale, combinazioni diverse con lo stesso
  $E_{L}$

Spot size e densità di potenza

• La densità di potenza (W per area) cresce molto quando il fascio è concentrato: area spot 
  $A=\pi (d/2)^2$
  $$\text{Power density}=\frac{P}{A}$$

  Esempio (calcolo step-by-step): P = 40 W, diametro spot d = 0.20 mm.

  1. r = d/2 = 0.20 / 2 = 0.10 mm.

  2. r² = 0.10 × 0.10 = 0.01 mm².

  3. A = π × r² ≈ 3.1415926536 × 0.01 = 0.0314159265359 mm².

  4. power density = 40 ÷ 0.0314159265359 ≈ 1273.2395447351629 W/mm².
     (arrotondare: ≈ 1.27·10³ W/mm²).

  Questo spiega perché miniaturizzare il punto focus aumenta la capacità di taglio/marcatura. trumpf.com

Impulsi — frequenza, PPI / Hz (laser CO₂ pulsed vs CW)

• Le macchine spesso permettono di impostare la frequenza (Hz o PPI—pulses per inch). Per materiali plastici trasparenti, la frequenza influisce sull’effetto di taglio/levigatura (es.: su acrilico “cast” si consiglia start high, su estruso start low — Trotec). Trotec Laser GmbH

Kerf (larghezza di asportazione)

• Kerf = materiale rimosso dal fascio (dipende da lente/spot, potenza, velocità e materiale). Tipici valori: ~0.08–1 mm (CO₂ solitamente 0.10–0.50 mm in macchine desktop/industriali). Misurare empiricamente con test! CutLaserCutSendCutSend

Relazione pratica per il progettista

• Se vuoi ottenere una data finitura/velocità, comincia con la tabella di parametri del produttore (Epilog / Trotec / Universal) e fai sempre uno step-test (matrice di potenza/velocità). Epilog LaserTrotec Laser GmbH

Parametri consigliati

Nota: i valori seguono linee guida generali tratte da manuali Epilog/Trotec; adattare sempre per potenza macchina, lente e condizione del materiale. Epilog LaserTrotec Laser GmbH

CO₂ (macchine da 30–60 W) — esempio di punti di partenza

Materiale	Spessore	Potenza	Velocità (mm/s)	Frequenza / PPI	Note
Betulla / compensato (buona qualità)	3 mm	60–100% di 40 W (ossia 40 W a 100%)	10–40 mm/s (testare)	—	aria assist ON; 1 pass
Acrilico (cast)	3 mm	70–100% (dipende da watt)	5–20 mm/s	Iniziare 10–20 kHz (cast)	per taglio lucido: nozzles grandi e aria diminuire; Trotec nota: cast > high kHz. Trotec Laser GmbH+1
Cartone / cartoncino	1–3 mm	20–60%	30–200 mm/s	bassa freq	attenzione a bruciature e fiamme
Tessuti naturali (cotone)	0.5–2 mm	20–60%	20–200 mm/s	—	aria assist aiuta a prevenire fiamme
Metalli (marcatura)	—	CO₂ spesso NON per taglio; fibra per marcatura	—	usare fibre per metallo	fiber laser consigliato per metallo. Lightwave Innovations

Per tabelle dettagliate e verify di singoli materiali consultare le material settings del produttore (Epilog/Trotec/Universal). Epilog Laserservice.ulsinc.com

Differenza pratica: incisione (raster) vs taglio (vector)

• Incisione (raster): il fascio “riempie” l’area (linee ravvicinate) → parametri: risoluzione DPI, potenza più bassa, velocità variabile. Ideale per immagini, testi, texture. Epilog Laser

• Taglio (vector): percorso a centro linea → parametri: potenza elevata, velocità controllata, air assist spesso ON, zoom sul focus. Produce parti da assemblare. Trotec Laser GmbH

Materiali compatibili / quelli da evitare

• Buoni candidati: legno massello e compensato (senza colle nocive), MDF (attenzione al formaldeide), acrilico (meglio cast che extruso per incisione), cartone, carta, cuoio (verificare trattamenti), tessuti naturali. Trotec Laser GmbHEpilog Laser

• Materiali sconsigliati o pericolosi: PVC / vinile — bruciando rilasciano gas clorurati (ad es. HCl) e altri prodotti tossici e corrosivi, che danneggiano macchina e sono pericolosi per la salute; policarbonato (PC) e alcuni compositi possono produrre fumi nocivi o risultati poveri. Mai tagliare materiali ignoti senza scheda tecnica e test in estrazione controllata. (fonti: OSHA / produttori/guide di sicurezza). Agenzia Sicurezza Lavorosupport.xtool.com

Air assist, assist gas e raffreddamento

• Air assist: soffia aria alla zona di taglio per rimuovere fumo e residui, ridurre flame-up e migliorare qualità del taglio. Pressure tipico per molte macchine desktop: ~5–60 psi a seconda del materiale (per tagli su legno e MDF si usano pressioni maggiori; per acrilico spesso valori più bassi — Trotec consiglia fino a 0.2 bar ≈ 2.9 psi per acrilico con nozzle grande per ottenere taglio lucido). Epilog vende pompe da 30 psi come soluzione standard. Epilog LaserTrotec Laser GmbH

• Assist gas (N₂, O₂): nelle macchine industriali si usa Ossigeno (O₂) per il taglio di acciaio (ossidazione aiuta asportazione) o Azoto (N₂) per taglio pulito di acciai inox senza ossidazione; nelle macchine desktop si usa aria compressa economica. trumpf.com

• Raffreddamento CO₂: il tubo del laser CO₂ richiede raffreddamento (acqua/chiller). Non usare acqua normale sporca; usare acqua distillata/chiller e manutenzione regolare. OMTechhpclaser.co.uk

Preparazione del file e best practice CAD/CAM

• Linee vettoriali per taglio: impostare stroke hairline (0.001″) o la linea non riempita che il software del laser interpreta come percorso di taglio. Esportare in SVG o DXF (verificare compatibilità). Trotec Laser GmbH

• Raster per incisione: riempire aree o usare bitmap; scegliere DPI coerente (300–600 dpi per qualità testo/immagini). Epilog Laser

• Nesting: sfruttare layout per ridurre scarti; attenzione alla direzione delle fibre nel legno, orientamento colori plexiglass.

• Tabs (bridge): usare tab per tenere in sede i pezzi (se la forma è piccola o sottile). Linee guida industriali: tab ≥ 2× spessore materiale o ≥ 3.2 mm per metalli; per legno/acrilico in hobbistica tab spesso 0.5–3 mm (dimensione dipende dallo spessore). Misurare e testare. protolabs.comSchool of Art & Design

Attività (proposta didattica pratica — taglio e incisione di un piccolo oggetto complesso)

Obiettivo attività: progettare e realizzare un piccolo portapenne in strati sovrapposti di acrilico 3 mm con incisione decorativa; il risultato dovrà essere assemblabile senza collanti (tenuta a incastro).

Passi sintetici:

1. Progettazione (30–40 min)

   • Disegna in Inkscape/Illustrator: profili dei pezzi (linee vettoriali per taglio), aree raster per decorazione. Usa hairline per vector. Aggiungi tab dove necessario (es.: 2 tab da 2 mm per ciascuna parte).

2. Calibrazione/step test (20–30 min)

   • Esegui step-test su piccolo scarto: matrice 3×5 con potenze e velocità varie su stesso materiale per scegliere settaggio che taglia in 1 pass (o 2 pass controllate). Usa template di prova del produttore. Trotec Laser GmbH

3. Taglio definitivo (30–40 min)

   • Imposta focus, air assist, path nesting, assegna layer cut/engrave. Esegui taglio. Monitoraggio continuo per fiamme o occlusione.

4. Pulizia & assemblaggio (20–30 min)

   • Rimuovi residui, carteggia lieve dove serve, rimuovi tabs e leviga i punti di attacco. Monta le parti.

5. Debrief e troubleshooting (20 min)

   • Valuta qualità bordo (lucido/milky), verifica tolleranze d’assemblaggio (kerf compensation), annota modifiche per iterazione.

Calibrazione rapida: come fare un step-test utile

1. Prepara un file con 5 righe taglio (stessa potenza, velocità variabile).

2. Ripeti cambiando potenza per un secondo set.

3. Taglia e registra quale combinazione attraversa il materiale in 1 pass senza bruciare eccessivamente.

4. Prendi il valore con minore energia che ancora taglia come target iniziale e regola per qualità (più veloce per meno bruciato). (Vedi linea guida Trotec/Epilog per modelli). Trotec Laser GmbHEpilog Laser

Kerf: misurazione e compensazione (procedura pratica)

Cos’è: la parte di materiale rimossa dal fascio. Sempre misurare: tagliare una forma semplice (cerchio o rettangolo), misurarne dimensione finale e calcolare K = (dimensione progetto) − (dimensione reale).

Strategia di compensazione (semplice):

• Se il tuo CAD/parametri usano centerline per i tagli, allora la distanza tra due centerline deve essere target + K per ottenere il gap desiderato.

• Molti programmi di nesting permettono la kerf offset: inserisci il valore K/2 per regolare i percorsi. (MakerCase consiglia di inserire kerf/2 quando si usa la funzione “kerf compensation”). InstructablesSendCutSend

Esempio numerico:

• Misuri K = 0.20 mm.

• Vuoi avere una scanalatura finale da 10.00 mm. Con centerline approach: imposta distanza tra centerline = 10.00 + 0.20 = 10.20 mm.

• Con offset approach (se il software chiede kerf/2): inserisci 0.10 mm come offset a ciascun lato.

Manutenzione e pulizia (essenziali per qualità costante)

• Pulizia giornaliera: controllo ottiche (lente e specchi) — pulire con solventi e panni raccomandati dal produttore; ispezione mensile specchi laterali. Trotec Laser GmbHEpilog Support Center

• Chiller e acqua (per CO₂): usare acqua distillata / chiller; mantenere temperatura consigliata (non far superare ~25 °C), cambio acqua periodico. OMTechhpclaser.co.uk

• Filtri e estrazione fumi: verificare filtri HEPA/carboni attivi; non scaricare fumi nocivi in ambiente senza trattamento. Fumex

Sicurezza (irrinunciabile)

• Occhiali laser: usare solo quelli certificati per la lunghezza d’onda specifica della macchina.

• Estrazione: installare fume extractor / canna fumaria + filtri; mai tagliare PVC senza estrazione adeguata — il cloruro genera HCl e vapori corrosivi e tossici. Agenzia Sicurezza Lavorosupport.xtool.com

• Sorveglianza: non lasciare mai macchina incustodita durante il taglio (rischio incendio).

• Procedure di emergenza: estintore a CO₂/BC vicino, piano evacuazione e primo soccorso. Xometry

Troubleshooting rapido (FAQ operativa)

• Taglio incompleto → ridurre velocità o aumentare potenza; controllare focus, air assist e presenza di materiale sul fondo che riflette.

• Bordi molto bruciati (charred) → aumentare velocità, diminuire potenza, aumento aria o usare doppio pass con defocus.

• Taglio con bordi opachi su acrilico → provare nozzle più grande e ridurre pressione aria (Trotec consiglia max 0.2 bar per acrilico con nozzle grande per lucidità). Trotec Laser GmbH

• Odore forte / corrosione ottiche → spegnere macchina, verificare materiale tagliato (PVC?) e pulire ottiche; la corrosione ottiche può essere causata da gas clorurati. Jones Laser Craft