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Introduzione alla lavorazione laser nel settore manifatturiero
La tecnologia di elaborazione laser ha conosciuto un rapido sviluppo ed è ampiamente utilizzata in vari campi, come quello aerospaziale, automobilistico, elettronico e altro ancora. Svolge un ruolo significativo nel migliorare la qualità dei prodotti, la produttività del lavoro e l’automazione, riducendo al contempo l’inquinamento e il consumo di materiali (Gong, 2012).
Lavorazione laser di materiali metallici e non metallici
L'applicazione principale della lavorazione laser negli ultimi dieci anni è stata nei materiali metallici, inclusi taglio, saldatura e rivestimento. Tuttavia, il campo si sta espandendo verso materiali non metallici come tessuti, vetro, plastica, polimeri e ceramica. Ciascuno di questi materiali apre opportunità in vari settori, sebbene dispongano già di tecniche di lavorazione consolidate (Yumoto et al., 2017).
Sfide e innovazioni nella lavorazione laser del vetro
Il vetro, con le sue ampie applicazioni in settori come quello automobilistico, edile ed elettronico, rappresenta un'area significativa per la lavorazione laser. I metodi tradizionali di taglio del vetro, che utilizzano utensili in lega dura o diamantati, sono limitati dalla bassa efficienza e dai bordi ruvidi. Al contrario, il taglio laser offre un’alternativa più efficiente e precisa. Ciò è particolarmente evidente in settori come la produzione di smartphone, dove il taglio laser viene utilizzato per i copriobiettivi delle fotocamere e gli schermi di grandi dimensioni (Ding et al., 2019).
Lavorazione laser di tipi di vetro di alto valore
Diversi tipi di vetro, come il vetro ottico, il vetro al quarzo e il vetro zaffiro, presentano sfide uniche a causa della loro natura fragile. Tuttavia, tecniche laser avanzate come l’incisione laser a femtosecondi hanno consentito la lavorazione di precisione di questi materiali (Sun & Flores, 2010).
Influenza della lunghezza d'onda sui processi tecnologici laser
La lunghezza d'onda del laser influenza in modo significativo il processo, soprattutto per materiali come l'acciaio strutturale. I laser che emettono nelle aree ultraviolette, visibili, infrarosse vicine e lontane sono stati analizzati per la loro densità di potenza critica per la fusione e l'evaporazione (Lazov, Angelov e Teirumnieks, 2019).
Diverse applicazioni basate sulle lunghezze d'onda
La scelta della lunghezza d'onda del laser non è arbitraria ma dipende fortemente dalle proprietà del materiale e dal risultato desiderato. Ad esempio, i laser UV (con lunghezze d’onda più corte) sono eccellenti per incisioni e microlavorazioni di precisione, poiché possono produrre dettagli più fini. Ciò li rende ideali per l'industria dei semiconduttori e della microelettronica. Al contrario, i laser a infrarossi sono più efficienti per la lavorazione di materiali più spessi grazie alla loro capacità di penetrazione più profonda, che li rende adatti per applicazioni industriali pesanti. (Majumdar & Manna, 2013). Allo stesso modo, i laser verdi, che tipicamente funzionano a una lunghezza d'onda di 532 nm, trovano la loro nicchia in applicazioni che richiedono alta precisione con un impatto termico minimo. Sono particolarmente efficaci nella microelettronica per compiti come la modellazione di circuiti, nelle applicazioni mediche per procedure come la fotocoagulazione e nel settore delle energie rinnovabili per la fabbricazione di celle solari. La lunghezza d'onda unica dei laser verdi li rende adatti anche per la marcatura e l'incisione di diversi materiali, tra cui plastica e metalli, dove si desiderano un contrasto elevato e danni superficiali minimi. Questa adattabilità dei laser verdi sottolinea l’importanza della selezione della lunghezza d’onda nella tecnologia laser, garantendo risultati ottimali per materiali e applicazioni specifici.
ILLaser verde da 525 nmè un tipo specifico di tecnologia laser caratterizzata dalla sua distinta emissione di luce verde alla lunghezza d'onda di 525 nanometri. I laser verdi a questa lunghezza d’onda trovano applicazioni nella fotocoagulazione retinica, dove la loro elevata potenza e precisione sono vantaggiose. Sono anche potenzialmente utili nella lavorazione dei materiali, in particolare nei campi che richiedono una lavorazione precisa e con un impatto termico minimo.Lo sviluppo di diodi laser verdi sul substrato GaN del piano c verso lunghezze d'onda maggiori a 524–532 nm segna un progresso significativo nella tecnologia laser. Questo sviluppo è fondamentale per le applicazioni che richiedono specifiche caratteristiche di lunghezza d'onda
Sorgenti Laser ad Onda Continua e Modelocked
Sorgenti laser a onda continua (CW) e quasi-CW con modello bloccato a varie lunghezze d'onda come il vicino infrarosso (NIR) a 1064 nm, il verde a 532 nm e l'ultravioletto (UV) a 355 nm sono considerati per le celle solari con emettitore selettivo con drogaggio laser. Diverse lunghezze d'onda hanno implicazioni per l'adattabilità e l'efficienza della produzione (Patel et al., 2011).
Laser ad eccimeri per materiali con ampio gap di banda
I laser ad eccimeri, che funzionano alla lunghezza d'onda UV, sono adatti per la lavorazione di materiali ad ampio gap di banda come vetro e polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), offrendo alta precisione e impatto termico minimo (Kobayashi et al., 2017).
Laser Nd:YAG per applicazioni industriali
I laser Nd:YAG, con la loro adattabilità in termini di regolazione della lunghezza d'onda, sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni. La loro capacità di operare sia a 1064 nm che a 532 nm consente flessibilità nella lavorazione di materiali diversi. Ad esempio, la lunghezza d'onda di 1064 nm è ideale per l'incisione profonda sui metalli, mentre la lunghezza d'onda di 532 nm fornisce un'incisione superficiale di alta qualità su plastica e metalli rivestiti. (Moon et al., 1999).
→Prodotti correlati:CW Laser a stato solido pompato a diodi con lunghezza d'onda di 1064 nm
Saldatura laser in fibra ad alta potenza
I laser con lunghezze d'onda vicine a 1000 nm, che possiedono una buona qualità del raggio e un'elevata potenza, vengono utilizzati nella saldatura laser a buco della serratura per i metalli. Questi laser vaporizzano e fondono in modo efficiente i materiali, producendo saldature di alta qualità (Salminen, Piili e Purtonen, 2010).
Integrazione della lavorazione laser con altre tecnologie
L’integrazione della lavorazione laser con altre tecnologie di produzione, come il rivestimento e la fresatura, ha portato a sistemi di produzione più efficienti e versatili. Questa integrazione è particolarmente vantaggiosa in settori quali la produzione di utensili e stampi e la riparazione di motori (Nowotny et al., 2010).
Lavorazione laser in campi emergenti
L’applicazione della tecnologia laser si estende a campi emergenti come l’industria dei semiconduttori, dei display e dei film sottili, offrendo nuove funzionalità e migliorando le proprietà dei materiali, la precisione del prodotto e le prestazioni dei dispositivi (Hwang et al., 2022).
Tendenze future nella lavorazione laser
Gli sviluppi futuri nella tecnologia di lavorazione laser si concentrano su nuove tecniche di fabbricazione, sul miglioramento della qualità dei prodotti, sulla progettazione di componenti multimateriali integrati e sul miglioramento dei vantaggi economici e procedurali. Ciò include la produzione rapida tramite laser di strutture con porosità controllata, saldatura ibrida e taglio laser di profili di lamiere (Kukreja et al., 2013).
La tecnologia di lavorazione laser, con le sue diverse applicazioni e le continue innovazioni, sta plasmando il futuro della produzione e della lavorazione dei materiali. La sua versatilità e precisione lo rendono uno strumento indispensabile in vari settori, ampliando i confini dei metodi di produzione tradizionali.
Lazov, L., Angelov, N. e Teirumnieks, E. (2019). METODO PER LA STIMA PRELIMINARE DELLA DENSITÀ CRITICA DI POTENZA NEI PROCESSI TECNOLOGICI LASER.AMBIENTE. TECNOLOGIE. RISORSE. Atti della conferenza scientifica e pratica internazionale. Collegamento
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A., & Bovatsek, J. (2011). Fabbricazione ad alta velocità di celle solari con emettitore selettivo a drogaggio laser utilizzando onde continue (CW) da 532 nm e sorgenti laser quasi-CW con modello bloccato.Collegamento
Kobayashi, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J., & Mizoguchi, H. (2017). Lavorazione laser ad alta potenza DUV per vetro e CFRP.Collegamento
Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J., & Kim, K.-S. (1999). Efficiente raddoppio della frequenza intracavità da un laser Nd:YAG a diodo diffusivo a pompa laterale che utilizza un cristallo KTP.Collegamento
Salminen, A., Piili, H., & Purtonen, T. (2010). Le caratteristiche della saldatura laser fibra ad alta potenza.Atti dell'Institution of Mechanical Engineers, Parte C: Journal of Mechanical Engineering Science, 224, 1019-1029.Collegamento
Majumdar, J. e Manna, I. (2013). Introduzione alla fabbricazione di materiali assistita da laser.Collegamento
Gong, S. (2012). Indagini e applicazioni della tecnologia avanzata di elaborazione laser.Collegamento
Yumoto, J., Torizuka, K. e Kuroda, R. (2017). Sviluppo di un banco di prova per la produzione laser e di un database per la lavorazione laser dei materiali.La revisione dell'ingegneria laser, 45, 565-570.Collegamento
Ding, Y., Xue, Y., Pang, J., Yang, L.-j., & Hong, M. (2019). Progressi nella tecnologia di monitoraggio in situ per la lavorazione laser.SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica & Astronomica. Collegamento
Sun, H. e Flores, K. (2010). Analisi microstrutturale di un vetro metallico sfuso a base di Zr lavorato al laser.Transazioni metallurgiche e di materiali A. Collegamento
Nowotny, S., Muenster, R., Scharek, S., & Beyer, E. (2010). Cella laser integrata per rivestimento laser e fresatura combinati.Automazione dell'assemblaggio, 30(1), 36-38.Collegamento
Kukreja, LM, Kaul, R., Paul, C., Ganesh, P., & Rao, BT (2013). Tecniche emergenti di lavorazione dei materiali mediante laser per future applicazioni industriali.Collegamento
Hwang, E., Choi, J., & Hong, S. (2022). Processi emergenti del vuoto assistiti da laser per una produzione ultraprecisa e ad alto rendimento.Nanoscala. Collegamento
Orario di pubblicazione: 18 gennaio 2024