Introduzione alla lavorazione laser
Il trattamento laser comprende una serie di operazioni in cui i raggi laser vengono utilizzati per rimuovere materiale e unire o trattare il materiale in qualche modo. I laser producono intensi, luce altamente collimata in grado di trasferire grandi quantità di energia su una piccola area, che è l'ideale per il taglio, saldatura, perforazione, marcatura, e trattamento termico.
Alcune delle tecniche di lavorazione laser più comuni includono:
– Taglio laser
– Saldatura laser
– Foratura laser
– Marcatura laser
– Trattamento termico laser
Taglio laser
Taglio laser impiega un raggio laser che viene utilizzato per vaporizzare il materiale per creare caratteristiche come motivi e geometrie.
Alcuni vantaggi del taglio laser includono:
– Alta precisione: il laser può tagliare immagini con uno spessore fino a 0. 001 pollici. Ciò consente la creazione di forme bidimensionali e tridimensionali complesse.
– Bassa generazione di detriti – Il taglio laser è molto pulito, e solo una piccola quantità di materiale viene espulsa sotto forma di pennacchio. Il bordo tagliato richiede pochissima vestizione.
– Versatile: i laser possono essere utilizzati nei tessuti e in altri materiali morbidi, così come metalli e ceramica.
Viene utilizzato per tagliare parti metalliche per il settore aerospaziale, settore automobilistico, e anche campi medici. Viene utilizzato anche nel taglio dei tessuti, legna, plastica, e molte cose che sono fatte con queste materie. Esistono due processi di taglio laser convenzionali: taglio per fusione, dove il laser scioglie il materiale, e taglio a fiamma, dove il laser fa bruciare il materiale.
Saldatura laser
La saldatura laser è un processo in cui il calore e l'energia sotto forma di laser vengono utilizzati per fondere i metalli o i materiali termoplastici.
Rispetto ai metodi di saldatura tradizionali, la saldatura laser offre questi vantaggi:
– Meno calore – La luce è focalizzata e quindi anche il calore generato è focalizzato, viene prodotto meno calore.
– Velocità di saldatura più elevate: le saldature laser vengono eseguite più velocemente rispetto ai normali processi di saldatura.
– Migliori forze di tenuta e resistenza alle perdite: la saldatura laser riduce al minimo la porosità.
Esistono due tipi principali di processi di saldatura laser:
– Saldatura a conduzione – Il raggio laser unisce le superfici alla loro temperatura di saldatura.
– Saldatura del buco della serratura – Il punto laser scioglie un buco nei metalli e vaporizza un buco più profondo nei metalli. In questo modo i bordi del foro entrano in contatto tra loro.
La saldatura laser viene utilizzata in settori come quello automobilistico, medico, elettronica, e industrie aerospaziali. Può unire l'acciaio, alluminio, titanio, plastica, e molti altri. Generalmente, gli ingegneri sanno come scegliere le tecniche di saldatura adeguate a seconda del tipo di giunti di saldatura e dei materiali di base.
Foratura laser
La foratura laser è un processo che applica raggi laser per praticare fori piccoli e precisi in materiali come i metalli, ceramica, compositi, e diamanti. Rispetto alla perforazione meccanica, la perforazione laser offre vantaggi come:
– Più accurato – Un trapano laser può praticare fori con un diametro compreso tra 20-50 micrometri. I pezzi meccanici sono limitati a circa 500 micrometri.
– Maggiori rapporti lunghezza-diametro: i raggi laser possono creare fori con proporzioni più significative.
– Il raggio laser non si consuma – A differenza dei trapani tradizionali in cui le punte del trapano si consumano per un periodo di tempo a causa dell'uso frequente.
La perforazione laser è utile per creare piccole porte di iniezione del carburante nelle parti automobilistiche, passaggi di raffreddamento nelle pale delle turbine, e fori nei circuiti stampati. I laser pulsati fondono il materiale per creare fori profondi nel pezzo. In questo caso il materiale indesiderato viene espulso dal foro utilizzando la pressione del gas.
Marcatura laser
I sistemi di marcatura laser utilizzano teste laser specifiche per la produzione, incidere, oppure trattare termicamente vari disegni e lettere trasformandoli in materiali diversi.
Alcuni vantaggi della marcatura laser sono:
– Marcatura permanente: utilizzano i laser per incidere il materiale, costituendo codici identificativi permanenti ed univoci, loghi, e immagini.
– Velocità: le testine laser marcano più velocemente rispetto all'incisione meccanica o alla stampa a getto d'inchiostro.
– Ampia applicabilità – La marcatura laser può essere eseguita rapidamente sui metalli, plastica, gomma, bicchiere, legna, e molti altri materiali.
La marcatura laser fornisce numeri univoci e di serie, loghi, testo, 2Codici a barre D, e risposta rapida o codici QR. È utilizzato nell'ingegneria aerospaziale, automobili, elettronica, tecnologia medica, tecnologia militare, e imballaggio. Marcatura del cambiamento di colore, trattamento termico, taglio, e l'incisione sono alcuni dei metodi frequentemente utilizzati nella marcatura laser.
Trattamento termico laser
Il trattamento termico laser prevede l'utilizzo di un laser per riscaldare selettivamente i materiali secondo uno schema specifico al fine di indurirli o ammorbidirli.
I vantaggi includono:
– Coagulazione selettiva – I laser colpiscono selettivamente le regioni che richiedono un trattamento senza dover riscaldare l’intero componente.
– Riduzione della distorsione – Poiché il forno è localizzato, la deformazione della parte è ridotta al minimo, a differenza dei normali forni per trattamenti termici.
– Maggiore durezza – Il trattamento termico mediante controllo laser del riscaldamento e del raffreddamento migliora la durezza e le proprietà di usura.
L'indurimento superficiale della superficie è reso possibile dal trattamento termico laser e può essere utilizzato su parti delicate e complesse. Scrivono e forniscono composizioni graduate uniche. Alcuni dei processi di trattamento termico laser più frequenti sono l'indurimento, tempera, ricottura, e rivestimento superficiale.
Conclusione
La lavorazione laser utilizza raggi laser ad alta energia per eseguire operazioni come il taglio, saldatura, perforazione, marcatura, incisione, e trattamenti termici sui materiali. Le tecnologie avanzate di produzione laser aiutano nella produzione di nuovi progetti e proprietà migliorate in vari campi. I prossimi sviluppi nei laser industriali ad alta potenza e nelle tecniche di lavorazione miglioreranno la qualità, capacità, e produttività nel futuro.