Taglio laser di materiali compositi in fibra di carbonio

I materiali composti sono noti per le loro straordinarie caratteristiche meccaniche e fisiche. Essi nascono dall’unione di due materiali diversi, che danno vita a un nuovo materiale con caratteristiche migliori di quelle dei materiali che lo compongono se presi singolarmente.

Fra i materiali che hanno trovato una diffusione ci sono i materiali rinforzati con fibre a matrice polimerica (Fiber Reinforced Polymers). Questi materiali vengono fabbricati incorporando una fibra di qualche tipo in una matrice polimerica costituita da resina.

La vetroresina è uno dei primi materiali a essere realizzati in questo modo. Inventata negli anni ‘60, oggi è un materiale indispensabile in molti settori, primo fra tutti il settore nautico. Oggi altri materiali di questo tipo sono fibra aramidica, chiamata kevlar e le plastiche rinforzate con fibra di carbonio, dette CFRP, dall'inglese Carbon Fiber Reinforced Plastics.

I materiali così prodotti hanno ottime caratteristiche di leggerezza e resistenza che li rendono a parità di massa, nettamente più performanti rispetto a materiali più tradizionali come il legno o i metalli. Inoltre possono essi offrono una grande plasticità che li rende facilmente modellabili in tutte le forme richieste dall’applicazione. Grazie a queste loro caratteristiche, i materiali compositi sono utilizzati per applicazioni tecnologicamente avanzate in settori come la nautica, l’aeronautica o l’automotive.

Le plastiche rinforzate con fibra di carbonio

Fra i materiali compositi, le CFRP sono forse quelle che si prestano agli usi più avanzati.

Per produrre la CFRP si incorpora un tessuto costituito da fibra di carbonio nel materiale polimerico. Il materiale così ottenuto è estremamente leggero e resistente. A parità di massa è il 25% più leggero dell’alluminio e il 60% più leggero dell’acciaio. Si capisce quindi perché abbia trovato impiego nel settore dell’aeronautica e nel settore delle competizioni sportive per la costruzione di veicoli super leggeri.

Per essere utilizzata la CFRP deve però essere tagliata nelle forme necessarie. Normalmente il taglio è eseguito utilizzando metodi meccanici. Questi presentano però un grosso inconveniente. La resistenza della fibra di carbonio usura rapidamente gli strumenti di taglio che devono essere quindi sostituiti con grande frequenza, rendendo il processo di lavorazione molto costoso.

Il taglio laser della del CFRP rappresenta una valida alternativa al taglio meccanico. Sia la fibra di carbonio che i polimeri che ne costituiscono la matrice assorbono molto bene la radiazione laser a 10.6 micrometri prodotta dal laser ad anidride carbonica e possono essere tagliati in modo molto efficiente.

Tagliare la CFRP ha quindi due vantaggi principali:

• il processo è senza contatto: è possibile tagliare la CFRP senza che entrino in gioco forze meccaniche che consumano lo strumento di taglio. Questo permette di abbassare notevolmente i costi di produzione di ogni singolo pezzo
• le tolleranze permesse dal laser sono molto alte: il laser può realizzare tagli con angoli strettissimi e realizzare particolari di estrema precisione in modo molto semplice. Questa caratteristica è determinante per i settori tecnologici avanzati in cui è importante massimizzare le performance di un determinato componente

Il materiale del futuro

La diffusione delle CFRP sarà sempre più importante. Trovare un modo veloce ed efficiente per tagliarlo nelle forme più disparate sarà fondamentale. Il laser a CO₂ rappresenta una valida alternativa ai mezzi di taglio meccanici correntemente utilizzati.

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