La lavorazione laser ha sostituito una serie di applicazioni tradizionali di lavorazione dei materiali, come il taglio e la saldatura, sia in ambienti di produzione che di ricerca e sviluppo.
Alcuni dei principali vantaggi della lavorazione laser sono:
- La capacità di lavorare metalli e non metalli (ad esempio, ceramica e polimeri). Questo può essere fatto regolando le proprietà del laser come la potenza di picco, la lunghezza d'onda e la durata dell'impulso.
- Si tratta di una tecnica senza contatto, che evita la contaminazione del pezzo o l'usura dell'"utensile di lavorazione" come avviene nei processi meccanici tradizionali.
- Un processo automatizzato è facile da realizzare grazie all'alta velocità, all'elevata precisione e alla ripetibilità.
- Capacità di lavorare elementi molto piccoli fino al livello del micron
- La lavorazione di parti piane o di parti 3D complesse può essere facilmente ottenuta grazie all'uso della corretta stazione di lavoro, che consente di lavorare con diverse angolazioni rispetto alla superficie del pezzo.
Taglio laser
Il taglio laser consente una maggiore precisione rispetto ad altre soluzioni di taglio come il plasma, l'ossitaglio o il getto d'acqua, a velocità più elevate. Anche l'elettroerosione a filo può essere utilizzata per ottenere un taglio di alta precisione, ma può essere impiegata solo con materiali conduttivi ed è in genere un processo molto lento.
La potenza laser disponibile continua ad aumentare, consentendo il taglio di spessori sempre maggiori. Ad esempio, una fibra da 4 kW può essere utilizzata per tagliare metalli come acciaio dolce, acciaio inossidabile, ottone, rame e alluminio di 6 mm di spessore a velocità superiori a 1 m/min. Con una potenza crescente di oltre 10 kW si possono ottenere spessori superiori a 25 mm. Il getto d'acqua può essere utilizzato per tagliare materiali molto spessi, oltre 50 mm, ma i costi operativi sono tipicamente elevati e anche la velocità di taglio può diventare lenta a seconda della geometria del pezzo.
Saldatura laser
I laser vengono utilizzati per saldare un'ampia varietà di materiali come acciai al carbonio, acciai ad alta resistenza, acciai inossidabili, alluminio, rame e titanio. È possibile saldare anche materiali dissimili (ad esempio, metalli con altri metalli o metalli con polimeri). A differenza dei tradizionali processi di saldatura ad arco che richiedono un flusso di corrente elettrica, i laser si basano sull'assorbimento della luce per generare calore e possono essere utilizzati anche per saldare materiali non conduttivi come i polimeri a se stessi o ai metalli. Il fascio può essere strettamente focalizzato, consentendo un'elevata precisione e zone termicamente alterate di dimensioni ridotte, ad esempio rispetto alle tecniche di saldatura ad arco al plasma, come TIG e MIG. È possibile produrre saldature profonde e strette ad alto rapporto d'aspetto, consentendo di saldare sia componenti piccoli e sottili sia parti spesse e di grandi dimensioni. Ad esempio, 40 kW possono essere utilizzati per saldature a penetrazione profonda in metalli di circa 40 mm. La saldatura laser viene generalmente eseguita all'aria aperta con l'utilizzo di un gas di copertura, spesso più facile da implementare rispetto alla saldatura a fascio elettronico che richiede il vuoto.
I laser possono essere utilizzati sia in applicazioni macro che micro, con dimensioni degli elementi fino al livello del micron. Vi è un crescente interesse per la microlavorazione laser di elementi di forma e dimensioni variabili per un'ampia varietà di materiali. I requisiti di qualità e produttività continuano ad aumentare, con tolleranze più strette per quanto riguarda la precisione dimensionale e posizionale. Sono disponibili sorgenti laser e tecniche di produzione migliorate, con integrazione di sistema e controllo di processo avanzati, per rispondere alle richieste sempre più esigenti del settore.
La scelta della durata dell'impulso, della lunghezza d'onda e della tecnica di lavorazione ottimali per le applicazioni di microlavorazione laser ad alta precisione dipende dalle proprietà del materiale e dalle specifiche dell'applicazione, come qualità, dimensioni dell'elemento, tolleranze e produttività. In genere, per la microlavorazione si utilizzano laser a impulsi che lavorano nel regime dei nanosecondi e durate più brevi, fino a picosecondi e femtosecondi, che guidano una tecnica di microlavorazione ablativa in cui ogni impulso rimuove una quantità ben definita di materiale con un impatto minimo sul materiale circostante, consentendo precisioni dimensionali di livello micron.
