Migliorare il taglio laser con l'acustica: Il laser che si regola da solo
Thun, 13.08.2026 — Il taglio laser dei metalli è un processo potente e flessibile. A seconda dello spessore e delle caratteristiche del materiale, tuttavia, la regolazione delle macchine da taglio può rivelarsi un processo lungo e laborioso. I ricercatori dell’Empa, della Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI) e del produttore di macchinari Bystronic hanno sviluppato, nell’ambito di un progetto sostenuto da Innosuisse, un procedimento in cui il laser è in grado di valutare autonomamente la qualità del taglio tramite telecamere e microfoni e, se necessario, di regolarla immediatamente.
La luce può attraversare una lamiera d’acciaio spessa 2,5 centimetri? Nel taglio a raggio laser, la risposta è sì. Con lunghezze d’onda nel vicino infrarosso e potenze elevate, il laser fonde il metallo in frazioni di secondo. Il taglio laser consente una lavorazione rapida e tagli particolarmente precisi, anche su pezzi dalle forme complesse o in piccole serie. Per questo motivo sta registrando una domanda in crescita, ad esempio nell’industria automobilistica.
Tuttavia, proprio nel caso di pezzi spessi, il processo risulta piuttosto instabile. Per ottenere la qualità di taglio desiderata, il laser deve essere regolato di volta in volta in base alla lega e allo spessore del materiale. Può richiedere molto tempo prima che un produttore riesca a configurare perfettamente la propria macchina per il taglio laser attraverso una serie mirata di prove. E per ogni modifica, anche minima, del materiale da tagliare, è necessario ripetere l’intero complesso processo.
Nell’ambito di un progetto Innosuisse, l’Empa, la Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI) e il produttore svizzero di macchinari Bystronic intendono porre rimedio a questa situazione. L’obiettivo è dotare il laser di «occhi» e «orecchie», affinché la macchina possa valutare continuamente la qualità del taglio e adattarla in modo autonomo. «La SUPSI sta lavorando alla valutazione del taglio tramite telecamere. Noi stiamo sviluppando metodi acustici», spiega Roland Richter, ricercatore dell’Empa, che lavora nel laboratorio «Multifunctional Materials and Interfaces» nel team di Elia Iseli.
«Ascoltare» la qualità del taglio
Sebbene il taglio avvenga «solo» con la luce, il processo è rumoroso. Nel punto in cui il laser colpisce l’acciaio, si formano metallo fuso, metallo vaporizzato e plasma. Un gas di processo scorre continuamente sul taglio per rimuovere il materiale asportato. I ricercatori dell’Empa utilizzano i dati provenienti da numerosi esperimenti e modelli di apprendimento automatico per ricavare, dal caotico rumore di fondo, indicazioni sulla qualità del taglio. «Abbiamo potuto dimostrare che la qualità del taglio può essere valutata acusticamente quasi altrettanto bene quanto con le telecamere», afferma Richter. «Allo stesso tempo, l’attrezzatura necessaria è decisamente più economica.»
La qualità del taglio dipende da due fattori: la rugosità del bordo di taglio – più è liscio, meglio è – e la cosiddetta formazione di bave. Le bave si formano quando il materiale espulso dal taglio si deposita sul retro del pezzo. Proprio i pezzi spessi tendono a formare bave a causa delle elevate potenze laser necessarie. Meno bave ci sono, minore è la necessità di rilavorazione e l’usura del materiale – con un risparmio in termini di tempo e denaro.
Per addestrare i propri modelli, i ricercatori dell’Empa hanno condotto una serie di esperimenti con quattro diversi spessori di materiale: 6 mm, 10 mm, 15 mm e 25 mm. In ogni esperimento hanno valutato «manualmente» la qualità del taglio. Contemporaneamente hanno registrato il rumore di fondo con nove microfoni posizionati in diversi punti della macchina. I modelli così sviluppati sono stati poi perfezionati con serie di prove su scala ridotta utilizzando leghe diverse. Parallelamente, il team del SUPSI ha seguito un approccio simile utilizzando telecamere ottiche.
Autocorrezione immediata
Il progetto biennale dovrebbe concludersi nell’autunno del 2026. Nell’ultima fase, i ricercatori dell’Empa stanno ora lavorando per collegare i modelli acustici e ottici a un «cervello» centrale, grazie al quale la macchina potrà valutare il taglio e ottimizzare autonomamente e immediatamente le proprie impostazioni. «Con questo modello non sono più necessarie le dispendiose serie di prove», afferma Richter. Il laser si regola invece autonomamente sui parametri ottimali per il materiale in questione. Le macchine esistenti potrebbero essere facilmente adattate al sistema: basta un PC con l’algoritmo di controllo e alcuni microfoni e telecamere.
I partner sono soddisfatti dei risultati. Infatti, da una collaborazione di questo tipo non beneficia solo il partner industriale, ma anche la ricerca. «Questo progetto ci ha permesso di testare e perfezionare i nostri modelli per la simulazione e il controllo dei processi di taglio laser con laser industriali molto potenti, ai quali altrimenti non avremmo avuto accesso», riassume Richter.
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Informazioni
Dr. Roland Richter
Empa, Multifunctional Materials and Interfaces
Tel. +41 58 765 63 04
roland.richter@empa.ch
Dr. Elia Iseli
Empa, Multifunctional Materials and Interfaces
Tel. +41 58 765 63 28
elia.iseli@empa.ch
Dr. Andreas Lüdi
Bystronic Laser AG, Ricerca, Sviluppo e Innovazione Globale
Tel. +41 62 956 36 46
andreas.luedi@bystronic.com