I componenti delle macchine elettriche devono essere caratterizzati da eccellenti proprietà elettromagnetiche per garantire nei motori la migliore efficienza nella conversione dell’energia elettrica in energia cinetica e viceversa per i generatori. Il taglio laser, se opportunamente studiato ed effettuato, riesce a ottimizzare le prestazioni di questi componenti.
Dalla punzonatura al taglio laser
Attualmente, per contenere i costi di produzione, i lamierini che compongono i motori elettrici e i generatori sono ottenuti tramite punzonatura. Questo metodo ha però un lungo Time To Market (TTM), ovvero il tempo che intercorre dall’ideazione di un articolo alla sua commercializzazione, che porta inesorabilmente a una perdita di competitività. Da qui il vantaggio del taglio laser: data l’assenza dei costi di ulteriori utensili e l’assenza dei tempi tecnici utili a riconfigurare la linea di produzione per lavorare un nuovo articolo, è caratterizzato da un’altissima flessibilità nelle lavorazioni effettuabili. Ulteriore pregio del taglio laser è di consentire agli ingegneri di progettare lamierini tridimensionali e di utilizzare nuovi materiali.
Per poter preservare le eccellenti proprietà elettromagnetiche, e di conseguenza ottenere un’ottima efficienza nella conversione dell’energia elettrica in cinetica, è essenziale ridurre la deteriorazione magnetica dovuta alle lavorazioni, taglio laser incluso, sviluppando un processo specifico. Inoltre, è necessario trovare metodi adatti per poter passare da una produzione limitata ad una massiva.
Specialisti nel taglio di materiali magnetici
Il Fraunhofer IWS dispone di macchine per il taglio laser caratterizzate da un’elevata produttività e da un’ottima accuratezza nel taglio 2D; tali macchine possono essere attrezzate sia con sorgenti laser a CO2 sia con sorgenti allo stato solido. Oggi per merito di sofisticati studi e di sviluppi del processo produttivo, è possibile lavorare tutti i materiali magnetici dolci indipendentemente dalla loro composizione chimica, con un contenuto di silicio maggiore del 4%, e con spessori di 0,1 mm.
Gli studi condotti dall’istituto si sono focalizzati principalmente su quattro aspetti:
- Lo studio e la modellazione del processo di taglio basandosi sulla termografia
- L’analisi dei parametri di processo, in particolare della sorgente laser, per studiare l’influenza della lavorazione sulle proprietà magnetiche
- Lo studio strutturale con lo scopo di garantire una corretta forma del pezzo finito e una buona finitura superficiale degli spigoli tagliati
- Lo sviluppo di un modello in grado di predire il deterioramento delle proprietà magnetiche
Tutte le analisi possono essere applicate in svariati modi; ad esempio si può ottimizzare il processo produttivo dei lamierini, si possono stabilire delle regole di progettazione per pezzi che dovranno subire taglio laser, o ancora, si potranno progettare con modelli matematici circuiti magnetici ad hoc prevedendo il deterioramento delle proprietà magnetiche.
Per realizzare quanto sopra, l’istituto Fraunhofer offre la possibilità di effettuare lavorazioni di taglio laser e di effettuare test sulle proprietà magnetiche dei materiali utilizzati per la produzione di lamierini; inoltre per l’analisi strutturale l’istituto è in grado di effettuare analisi TEM, SEM e analisi di diffrazione dei raggi X. Infine l’acquisizione dei dati consente al Fraunhofer IWS di sviluppare simulazioni numeriche realistiche.