Alla scoperta di Coherent, la tecnologia alla base di Kemppi FastBeam 3

Un laser potente può dare vita a una saldatura di ottima qualità. Ma produrre migliaia di saldature uniformi nelle reali condizioni di fabbrica richiede qualcosa di più: potenza ottica stabile, controllo preciso del processo e una tecnologia capace di sostenere un impiego industriale prolungato. 

Per i produttori che investono nella saldatura laser, questi fattori influiscono direttamente sulla qualità della produzione, sui costi operativi e sul valore a lungo termine delle attrezzature. 

È anche questo a rendere significativa la collaborazione tra Coherent e Kemppi. Dietro FastBeam 3 c'è una partnership che unisce due ambiti dell'eccellenza industriale finlandese: dalla fisica della generazione di luce laser ad alta potenza alle esigenze pratiche della saldatura in officina. 

Oltre vent'anni di esperienza dietro il fascio laser 

Coherent produce laser a fibra a Tampere dal 2003. Nel 2020 l'azienda ha designato lo stabilimento come proprio Centro di Eccellenza per Laser a Fibra, riunendo più strettamente la produzione di componenti ottici critici, l'assemblaggio dei laser, i collaudi e lo sviluppo delle applicazioni. 

Le competenze di Coherent vanno ben oltre la saldatura laser manuale. L'azienda fornisce tecnologie laser ad alta potenza per l'industria automobilistica, la produzione di veicoli elettrici e lo stoccaggio dell'energia. Il suo portafoglio di laser industriali comprende sistemi fino a 20 kW e tecnologie avanzate di controllo del fascio sviluppate per materiali complessi e produzioni ad alti volumi. Quest'esperienza è particolarmente preziosa nelle applicazioni in cui anche piccole variazioni delle prestazioni laser possono influire sulla penetrazione della saldatura, sulla qualità dei componenti e sulla resa produttiva. 

Per FastBeam 3, Coherent realizza il modulo laser a fibra da 3 kW che costituisce il cuore del sistema, combinando elevata potenza ottica e un'architettura adatta a un impianto di saldatura laser manuale industriale. 

«Le dimensioni sono un fattore importante», spiega Aku Antikainen, Laser Application Engineer di Coherent. «La sfida consiste nell'ottenere una potenza sufficientemente elevata mantenendo il sistema abbastanza compatto per l'uso pratico in ambito industriale.» 

Generare 3 kW da un singolo modulo laser comporta sfide ingegneristiche significative. All'aumentare della potenza ottica, i fenomeni non lineari indesiderati, come l'effetto Raman, diventano più difficili da controllare. Anche le perdite ottiche possono generare calore significativo all'interno di componenti sensibili. 

Con una potenza in uscita di 3 kW, anche una perdita ottica dell'1% equivale a 30 watt che possono trasformarsi in calore. Mantenere un'elevata efficienza ottica richiede quindi una progettazione accurata delle fibre, interfacce ottiche pulite e una gestione termica efficace. 

La soluzione a modulo singolo di Coherent fornisce a FastBeam 3 la potenza ottica necessaria senza la complessità aggiuntiva derivante dalla combinazione di più moduli laser. 

Perché la stabilità della potenza laser conta in ogni saldatura 

La potenza è una delle specifiche più evidenti di una saldatrice laser. Tuttavia, per ottenere risultati costanti nella saldatura industriale, la precisione con cui tale potenza viene erogata conta quanto il valore massimo disponibile. 

Il laser deve raggiungere rapidamente la potenza impostata, evitare un superamento eccessivo del valore desiderato e mantenere un’uscita stabile per tutta la durata dell’operazione di saldatura. «Se la potenza oscilla o diminuisce nel tempo, non si ottengono saldature uniformi», spiega Antikainen. 

Le variazioni della potenza ottica in uscita possono influenzare il bagno di fusione, la profondità di penetrazione e la geometria del cordone. Un fascio instabile può produrre differenze lungo il giunto, mentre un apporto di energia eccessivo o insufficiente può aumentare il rischio di difetti. 

La ripetibilità è un obiettivo centrale nello sviluppo dei laser a fibra industriali di Coherent. Nei testi pubblicati relativi alla famiglia di laser ARM, 90 laser singoli sono stati impostati per erogare 2,575 kW. La deviazione standard della potenza in uscita misurata è stata di appena 5,4 W, pari a circa lo 0,2%. 

Sebbene questi risultati riguardino una piattaforma laser Coherent diversa, dimostrano la capacità ingegneristica dell'azienda di ottenere una potenza ottica uniforme su tutte le unità prodotte. 

Questo livello di precisione nella produzione è importante per i clienti del settore industriale, poiché la ripetibilità del processo dipende dalla presenza di un punto di partenza prevedibile. Se le caratteristiche del laser variano in modo significativo, potrebbe essere necessario adeguare i parametri di saldatura da una macchina all’altra o nel corso del tempo. 

Antikainen spiega che i collaudi Coherent prestano particolare attenzione alla rapidità con cui il laser raggiunge la potenza richiesta e alla stabilità dell'uscita durante il funzionamento prolungato. 

Per un responsabile di produzione, le conseguenze sono concrete: meno variazioni impreviste del processo, meno tempo dedicato alla ricerca dei guasti e maggiore fiducia nell'uniformità delle saldature finite. 

Testato e tracciato a Tampere 

In Coherent, l'affidabilità è parte integrante del processo produttivo. 

Antikainen conferma che i componenti vengono controllati nelle diverse fasi della produzione e i moduli laser completati vengono sottoposti a collaudi funzionali e prestazionali prima della consegna. Le prove comprendono la verifica della potenza in uscita e della sua stabilità durante il funzionamento prolungato. 

«Di tutto rimane una traccia», spiega Antikainen. Se un lotto di componenti si rivela difettoso, l'azienda può risalire all'origine del problema attraverso i registri di produzione. 

Per i clienti, questo approccio offre vantaggi che vanno oltre l'assicurazione qualità. Le attrezzature industriali operano spesso all'interno di cicli produttivi con tempistiche rigorose, nei quali un guasto imprevisto può interrompere diverse lavorazioni successive. 

La tracciabilità rende le indagini più sistematiche, mentre i collaudi approfonditi prima della consegna aiutano a ridurre il rischio che problemi delle apparecchiature si manifestino in produzione. 

Per Antikainen, la fiducia che nasce da questo processo è anche motivo di orgoglio professionale. «Posso garantire la qualità dei nostri prodotti», afferma riferendosi ai collaudi e alla progettazione dei laser prodotti a Tampere. 

La tecnologia Coherent incontra l'esperienza Kemppi nella saldatura 

Il modulo laser è solo uno degli elementi che rendono FastBeam 3 una soluzione di saldatura industriale. 

Coherent fornisce la tecnologia per generare luce laser stabile e ad alta potenza; Kemppi la integra in un sistema completo progettato per le prestazioni di saldatura, la facilità d'uso e la sicurezza industriale. 

FastBeam 3 abbina la sorgente laser da 3 kW raffreddata ad acqua alla funzione Penetration Shape Control di Kemppi, permettendo ai saldatori di regolare forma, bilanciamento, oscillazione e potenza del fascio in base alle diverse applicazioni. 

Con un'oscillazione del fascio regolabile da 0 a 5 mm a frequenze di 20–150 Hz, i saldatori possono controllare la distribuzione dell'energia lungo il giunto e adattare il profilo della saldatura ai diversi materiali e alle geometrie dei giunti. 

È qui che le prestazioni ottiche si trasformano in un valore misurabile per la produzione. Una sorgente laser stabile garantisce un apporto energetico prevedibile al pezzo, mentre i controlli di processo di Kemppi determinano come viene applicata tale energia. 

Concentrando con precisione il calore intorno al giunto, nelle applicazioni idonee è possibile ridurre la zona termicamente alterata e limitare le deformazioni. Meno deformazioni possono significare meno interventi correttivi, meno lavorazioni di finitura e un costo inferiore per componente finito. 

FastBeam 3 risponde anche alle esigenze pratiche della produzione industriale. La funzione Weld Assist guida l'operatore per ottenere parametri iniziali adeguati, mentre la torcia LT3 raffreddata ad acqua, l'alimentazione opzionale del filo d'apporto e il sistema di raffreddamento esterno consentono di svolgere diverse attività produttive. 

Il sistema di raffreddamento esterno può essere collocato fuori dalla cella di saldatura laser utilizzando tubi di raffreddamento da 5 o 10 m, contribuendo a ridurre calore e rumore intorno all'operatore e facilitando l'accesso per la manutenzione. 

Per i produttori, il vantaggio nasce dalla combinazione di qualità di saldatura controllata, cambi di lavorazione efficienti, minori operazioni secondarie e apparecchiature progettate per funzionare in modo affidabile. 

Competenza finlandese alla velocità del laser 

La forza della collaborazione risiede nel contributo di ciascuna azienda. Coherent produce e collauda il modulo laser a Tampere, mentre Kemppi sviluppa e realizza l'intero sistema FastBeam 3 a Lahti, integrando il laser con i controlli del processo di saldatura, le funzioni di sicurezza e le apparecchiature progettate per l'uso industriale. 

Per gli utilizzatori di FastBeam 3 questa partnership offre qualcosa di particolarmente prezioso: la fiducia in ciò che si trova all'interno della macchina e nelle prestazioni che ci si può aspettare. FastBeam 3 integra l'interruzione automatica della potenza laser con doppia protezione, indicatori di stato codificati a colori e una finestra temporale limitata per l'avvio dopo il contatto della torcia con il pezzo. Queste funzioni integrate favoriscono un utilizzo sicuro insieme ai DPI, alla formazione e all'area di lavoro controllata richiesti per la saldatura laser manuale con laser di classe 4. 

Antikainen ritiene che gli ulteriori progressi nelle fibre ottiche e nelle lunghezze d'onda laser continueranno ad ampliare le possibilità dei laser industriali. Lunghezze d'onda diverse possono modificare il modo in cui i materiali assorbono l'energia laser, aprendo potenzialmente nuove opportunità per saldare o tagliare in modo più efficiente materiali che oggi sono difficili da lavorare. 

Per Kemppi, FastBeam 3 rappresenta un passo importante verso l'integrazione di questa tecnologia nella normale produzione industriale.