Laser galvanometrico: cos’è, come funziona e perché è più preciso rispetto al plotter cartesiano

Chi deve acquistare un macchinario per il taglio e la marcatura laser si trova spesso davanti a due tecnologie molto diverse tra cui scegliere: il sistema galvanometrico e il plotter cartesiano.

In questo articolo vediamo come funziona un sistema di taglio laser galvanometrico, quali sono i suoi componenti e in cosa si differenzia dal plotter cartesiano.

Ne approfondiremo i vantaggi in termini di precisione, qualità del risultato e velocità e presenteremo le tecnologie progettate e realizzate da SEIT Elettronica.

Cos’è un laser galvanometrico e come funziona la macchina di taglio

Un laser galvanometrico è un sistema di taglio e marcatura in cui ad indirizzare il raggio laser sul materiale da tagliare è una testa di scansione, anziché da un carrello meccanico che si sposta fisicamente sopra il piano di lavoro.

All’interno della testa di scansione si trovano due motori galvanometrici: su ciascuno di essi è montato uno specchio. I motori ruotano in modo combinato, variando la posizione degli specchi e permettendo a questi ultimi di orientare il raggio laser su tutta l’area di lavoro con movimenti estremamente rapidi.

Nei sistemi a due assi (2D) i due specchi gestiscono gli spostamenti sul piano X e Y mentre il fuoco è garantito dalla lente F-theta posta tra gli specchi e il piano di taglio. Nei sistemi a tre assi (3D), si aggiunge anche un terzo asse di focalizzazione posizionato prima degli specchi, che mantiene a fuoco lo spot del raggio laser su superfici maggiori di 30x30cm ma può essere vantaggiosamente usato anche su piani di taglio tridimensionali grazie ad appositi software di controllo.

Questa seconda configurazione è preferibile quando le aree di taglio da coprire superano i 30x30cm o quando si lavora su oggetti sagomati anziché su superfici da tagliare stese in piano.

Riassumendo con qualche ulteriore specifica, gli elementi principali di una macchina di taglio laser a tecnologia galvanometrica sono:

• Testa di scansione con motori galvanometrici: contiene gli specchi che orientano il raggio sui due (o tre) assi, garantendo velocità di scansione fino a 100 volte superiori rispetto ai sistemi meccanici tradizionali.
• Sorgente laser: può essere CO2, UV o Green a seconda del materiale da lavorare; la scelta della sorgente incide direttamente sulla qualità del taglio o della marcatura su tessuti, pelle, plastiche o metalli.
• Piano di taglio: può variare per dimensioni e profondità e prevedere diversi sistemi di ancoraggio del materiale. Quest’ultimo aspetto non va sottovalutato, perché un ancoraggio instabile può annullare anche il miglior taglio laser causando imprecisioni. 

Completa il sistema il software di controllo, che gestisce i parametri di scansione e l’interfacciamento tra macchinario e file di taglio.

SEIT Elettronica ha sviluppato soluzioni di taglio con tecnologia galvanometrica che ottimizzano la precisione del taglio e la qualità del risultato finale su materiali diversi come tessuti e pelle per calzature o marocchineria.

I diversi tipi di sistema di taglio laser

Vediamo ora le principali differenze tra due diversi sistemi di taglio laser: quello con tecnologia galvanometrica e quello che utilizza un plotter cartesiano.

Taglio laser galvanometrico e plotter cartesiano: differenze

Il plotter cartesiano è un sistema di taglio laser più tradizionale: non utilizza motori galvanometrici, ma motori che spostano fisicamente gli specchi e il sistema di focalizzazione  lungo gli assi X e Y tramite carrelli meccanici.

Gli specchi restano con angolazione fissa, vicini al piano di taglio e il raggio incide sempre in verticale, perpendicolarmente rispetto alla superficie da lavorare. È una configurazione semplice ed efficace, ma che agisce con una velocità limitata dall’inerzia delle parti meccaniche in movimento creando geometrie poco aderenti alle grafiche originali. I suoi pro sono invece la verticalità del taglio e la focalizzazione elevata del raggio laser (spot piccolo). 

Nei sistemi galvanometrici il funzionamento è diverso: gli specchi variano angolazione creando idealmente un tronco di piramide, al cui vertice si trova la testa di scansione. Il raggio laser si muove secondo angolazioni variabili (circa +/- 20° rispetto all’apertura del tronco), lavorando dinamicamente sugli assi X, Y e, nei sistemi 3D, anche sull’asse Z.

I vantaggi del laser galvanometrico rispetto al plotter cartesiano

Non essendoci masse meccaniche da spostare fisicamente sul piano di taglio, il sistema galvanometrico raggiunge velocità di scansione molto più elevate. 

Sulla piattaforma Performa di SEIT Elettronica, ad esempio, la velocità massima dei galvanometri arriva a 9.000 mm/sec, un valore che il plotter cartesiano non può replicare per limiti meccanici intrinseci.

Altri vantaggi del taglio laser galvanometrico rispetto al plotter cartesiano sono:

• Qualità del bordo di taglio: il micro movimento degli specchi riduce le vibrazioni e consente di disegnare gli oggetti in modo perfetto , mantenendo bordi netti anche su tessuti delicati o pellami.
• Ripetibilità: la macchina di taglio galvanometrica non deforma le figure nemmeno ad alta velocità, un aspetto rilevante quando si realizzano elementi o dettagli molto piccoli in grandi quantità, ma anche quando si eseguono raster di grandi dimensioni.
• Velocità di produzione: l’assenza di parti meccaniche pesanti in movimento sul piano di taglio consente cicli di lavoro più rapidi con maggiore qualità del risultato.

Questi vantaggi rendono la tecnologia galvanometrica la scelta più diffusa nelle produzioni che richiedono taglio laser su tessuti in serie, così come nella lavorazione di pellami e tomaie, dove precisione e ripetibilità sono richieste su volumi produttivi elevati.

Taglio, incisione, marcatura e personalizzazione a laser con tecnologia galvanometrica

La tecnologia galvanometrica non serve solo al taglio: lo stesso principio di funzionamento, basato sul movimento degli specchi nella testa di scansione, permette di eseguire anche lavori di incisione, marcatura e personalizzazione. Cambia il segno lasciato sul materiale, più o meno profondo a seconda della lavorazione, ma la logica di scansione del raggio resta la stessa.

SEIT Elettronica applica questo principio su piattaforme dedicate, capaci di coprire una vasta gamma di lavorazioni richieste dal settore tessile, calzaturiero e promozionale.

Tra le applicazioni più diffuse, infatti, ci sono la personalizzazione di prodotti e gadget tramite incisione e la marcatura seriale automatizzata in linea, 

I punti di forza del laser galvanometrico per specifiche lavorazioni

Per queste ed altre lavorazioni, la scelta del taglio e dell’incisione con laser galvanometrico porta vantaggi significativi e specifici:

• Incisione: l’alta velocità di spostamento del raggio laser (fino a 9 metri al secondo) garantisce una lavorazione uniforme, senza interruzioni né variazioni di intensità nell’area incisa.
• Kiss cut: nel taglio di materiali sovrapposti o accoppiati, dove va inciso solo uno dei due strati, la gestione precisa delle ripetizioni a bassa potenza permette di intervenire su ogni strato con altissima precisione, senza intaccare quello sottostante.
• Taglio passante: l’alta velocità di scansione riduce al minimo le bruciature sui bordi tagliati, evitando depositi di fumo e polveri sul materiale.
• Micro-perforazioni: i sistemi galvanometrici eseguono qualsiasi geometria, anche di dimensioni minime, senza deformarla: un vantaggio determinante nelle lavorazioni che richiedono un numero elevato di micro-perforazioni ripetute.
• Ablazione: il processo trasferisce grandi quantità di energia in tempi brevissimi, così il materiale sublima direttamente dallo stato solido a quello gassoso senza il tempo necessario per bruciare, evitando residui di combustione.
• Variazione dei campi di lavoro: le teste di scansione galvanometriche di tipo 3D permettono di regolare non solo l’ampiezza dell’area di lavoro ma anche la dimensione dello spot laser, ottimizzando il fascio in base alla lavorazione da eseguire.

Ecco una comparazione tra le tecnologie galvanometrica e a plotter nelle lavorazioni che abbiamo appena descritto:

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