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Vantaggi dei laser a fibra TRUMPF

Cosa sono i laser a fibra? Per quali applicazioni vengono impiegati? E quali materiali si possono lavorare con i laser a fibra? In questa pagina, scoprite di più sui diversi tipi di laser a fibra e sui vantaggi che possono portare nelle vostre attività di lavorazione della lamiera.

Utilità e vantaggi dei laser a fibra

Versatilità in tutti i settori

I laser a fibra vengono utilizzati in quasi tutti i settori dell'industria: aeronautica e aerospaziale, automobilistica - inclusa e-mobility, dentale, elettronica, bigiotteria, medicina, scienze, semiconduttori, sistemi a sensori, solare e altri.

Compatti grazie alla ridotta superficie di installazione

I laser a fibra sono compatti e dagli ingombri minimi. Sono quindi la soluzione ideale per i tipi di lavorazione in cui spesso manca spazio.

Varietà di materiali

I laser a fibra sono in grado di lavorare molti materiali differenti. I metalli (inclusi acciaio da costruzione, acciaio inox, titanio e materiali riflettenti come alluminio e rame) rappresentano gran parte dei materiali in cui nel mondo si adotta la lavorazione laser, ma non dobbiamo dimenticare le materie plastiche, la ceramica, il silicio e i tessuti.

Efficienza nei costi

I laser a fibra sono ideali per abbattere i costi generali e i costi di esercizio. Sono una soluzione economica con buon rapporto prezzo-rendimento e hanno costi di manutenzione molto bassi.

Integrazione semplice

Svariate interfacce permettono di integrare i laser a fibra TRUMPF nelle vostre macchine, in modo semplice e veloce. Siamo al vostro fianco come partner OEM o come fornitore di soluzioni complete (laser, sistema ottico, sistema a sensori e assistenza).

Efficienza energetica

I laser a fibra sono molto efficienti e consumano meno corrente delle comuni macchine di lavorazione. Permettono dunque di ridurre l'impronta ecologica e i costi di esercizio.

Come funzionano i laser a fibra?

In tutti i laser sono presenti tre elementi chiave: una sorgente del raggio, un mezzo di guadagno e un risonatore. La sorgente del raggio utilizza energia addotta dall'esterno per portare un mezzo di guadagno in stato eccitato. Questo stato eccitato di un mezzo attivo del laser è designato dalla cosiddetta inversione di popolazione, che permette al mezzo di amplificare la luce mediante un processo fisico. Si parla di emissione stimolata ed è stata descritta per la prima volta da Albert Einstein (LASER = "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"). Le fibre a griglia di Bragg interne agiscono come specchio intorno al mezzo di guadagno e formano un risonatore, che da un lato cattura l'energia ottica per la successiva amplificazione all'interno del risonatore e dall'altro consente di disaccoppiare una determinata parte dell'energia ottica in una direzione mediante uno specchio parzialmente trasparente. Questa parte disaccoppiata dell'energia ottica è il raggio laser, che può essere utilizzato per vari scopi. 

TRUMPF ha sviluppato un proprio schema per l'accoppiamento della luce emessa dai diodi di pompaggio nel mezzo attivo del laser delle fibre amplificate. Nello schema designato come "GT-Wave" (vedere il grafico), la fibra pompata viene mantenuta a contatto con la fibra amplificata sull'intera lunghezza, pari a diversi metri. Ogni volta che i raggi riflessi internamente colpiscono l'interfaccia, parte della luce pompata penetra nella fibra. Quando questi raggi attraversano poi il nucleo drogato con terre rare (itterbio), vengono parzialmente assorbiti ed eccitano il mezzo di guadagno. Tutta la luce pompata viene assorbita in modo uniforme e continuo sull'intera lunghezza delle fibre amplificate. Un vantaggio di questo schema è la semplice scalabilità a potenze laser superiori, mediante l'aggiunta di ulteriori moduli pompati. Un altro punto di forza dello schema consiste nella capacità di evitare "hot spot" sulle estremità delle fibre amplificate del comune schema di pompaggio, nonché un profilo di amplificazione uniforme generato dalla deposizione dell'energia pompata sulla lunghezza delle fibre amplificate.

Un laser a fibra è dunque un tipo di laser che viene utilizzato come mezzo attivo del laser con elementi di terre rare (erbio, tulio, itterbio, ecc.). Si differenzia dagli altri tipi di laser a fibra presenti sul mercato, in cui il mezzo laser attivo è un cristallo (ad es. laser a disco) o un gas (ad es. laser a CO2).

I laser a fibra offrono efficienza assoluta e controllano la velocità e la potenza con precisione grazie alla gestione di lunghezza del raggio, durata, intensità e dissipazione di calore.

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Quali materiali si possono lavorare con i laser a fibra?

I laser a fibra sono eccellenti per la lavorazione di svariati materiali e garantiscono affidabilità grazie ai molti anni di comprovato impiego industriale. Il laser a fibra viene preferito proprio nella lavorazione dei metalli. Al riguardo il tipo di metallo ha un ruolo secondario. Con i laser a fibra si possono lavorare acciaio da costruzione, titanio, ferro o nichel, ma anche metalli riflettenti come alluminio, ottone, rame o metalli preziosi (argento e oro). Funzionano bene anche con materiali con superfici anodizzate e verniciate. I laser a fibra, in particolare i laser a impulsi brevi pulsati, vengono utilizzati anche nella lavorazione di silicio, pietre preziose (compresi i diamanti), materie plastiche, polimeri, ceramiche, materiali compositi, strati sottili, laterizi e calcestruzzo.

Quali laser a fibra acquistare?

Innanzitutto occorre specificare la differenza tra i tipi di laser offerti da TRUMPF. Offriamo laser a fibra pulsati, laser a fibra a onda continua (Continuous Wave = CW) e laser a impulsi ultracorti. I laser a fibra pulsati rilasciano il raggio laser in impulsi. In questo caso la durata dei singoli impulsi può essere controllata nel range tra i nanosecondi e i microsecondi. I laser CW forniscono un raggio laser continuo, ma hanno la possibilità di modulare la potenza del raggio fino alla gamma di frequenze dell'ordine dei kHz. Un laser a fibra CW è incentrato maggiormente sulla potenza e sull'alta resa, pertanto lo si utilizza con maggiore frequenza in ambienti industriali. Un laser a fibra pulsato viene sempre preferito a un laser CW, se si deve ottenere una maggiore potenza di picco entro una durata di impulso breve. Inoltre i microlaser hanno durate di impulso ancora più brevi dei picosecondi. Arrivano fino a sotto i 350 fs (femtosecondi).

Applicazioni tipiche per laser a fibra

I laser a fibra sono idoeni per molti settori del mondo produttivo. Per alcune applicazioni nell'industria pesante, in cui servono essenzialmente efficienza e velocità, un laser a fibra CW, che non richiede manutenzione o manutenzione preventiva, è la soluzione perfetta. I laser CW sono dunque la soluzione migliore per la foratura laser, il taglio laser e la saldatura laser. Se serve effettuare tagli specifici in forme complesse, lo strumento perfetto è un laser a fibra pulsato.

Saldatura laser

Con saldatura laser si indica il processo di saldatura di materiali, a prescindere dal fatto che si tratti di giuntare materiali simili o non simili. La saldatura laser si contraddistingue per numerosi motivi legati alla qualità e ai costi. Si possono dunque saldare molti materiali di diversissimi spessori: da piastre d'acciaio spesse a celle a combustibile e batterie, fino ai fili sottili per la produzione di apparecchiature mediche.

Portellone posteriore tagliato a laser
Taglio laser

Il taglio laser è un processo in cui un materiale viene tagliato con un raggio laser. Può trattarsi di materiali piccoli e sottili o di materiali molto spessi (ad es. lamiere). Il processo include l'utilizzo di un raggio laser focalizzato (ad es. pulsato o con onda continua), per tagliare un'ampia gamma di materiali in modo riproducibile e con estrema precisione.

Additive Manufacturing

La produzione additiva è il processo di creazione di un componente 3D mediante l'aggiunta di materiale strato su strato. Viene comunemente denominata "Stampa 3D". La combinazione di stampanti 3D e software permette di creare forme complesse. La tecnologia della produzione additiva esiste fin dagli anni '30, ma soltanto negli ultimi anni questa tecnica è stata impiegata a livello industriale su serie più grandi, grazie alla sua versatilità e all'eccellente redditività. Spesso nei sistemi di stampa 3D come sorgente del raggio viene utilizzato il laser a fibra.

Asportazione di vernice con laser della TruMicro Serie 7000
Ablazione laser

Per asportazione laser si intende il processo di asportazione precisa di uno strato mediante un laser. Il tipo di materiale da asportare ha un ruolo secondario, poiché il laser è in grado di rimuovere moltissimi materiali (dai metalli solidi alla ceramica, fino ai compositi industriali). Spesso l'asportazione viene utilizzata nella produzione di componenti elettronici (ad es. semiconduttori e microprocessori). Un grande vantaggio di questa procedura è dato dal fatto che l'asportazione viene eseguita con estrema precisione. L'asportazione avviene in un solo passaggio; si tratta di un notevole vantaggio, poiché i comuni metodi, ad esempio la fresatura chimica, implicano più passaggi. L'asportazione laser è dunque di gran lunga una tecnologia  più vantaggiosa dal punto di vista dei costi e più ecologica rispetto ai metodi comuni (ad es. pulizia criogenica), poiché non vengono utilizzati solventi e prodotti chimici.

Laser cleaning with the laser
Pulizia a laser

Con la pulizia laser, il laser rimuove le impurità, i depositi o gli imbrattamenti (ad es. metalli, carbonio, silicio e gomma) dalla superficie di un materiale. Esistono due tipi di procedure per la pulizia laser: l'asportazione di uno strato sulla superficie di un materiale e l'asportazione dell'intero strato superiore di un materiale.

Tra i vantaggi dell'asportazione laser si citano una migliore compatibilità ambientale (poiché non vengono utilizzati prodotti chimici o solventi e si generano scarti minimi), una ridotta usura del substrato e la pulizia di microcomponenti (in particolare nel campo dell'elettronica).

Microfori
Foratura laser

La foratura laser è un procedimento senza contatto che permette di creare fori in un materiale; il risultato si ottiene inviando ripetuti impulsi di un raggio laser su una determinata zona. Il materiale viene vaporizzato e fuso strato su strato, fino a che si formano i fori. Questo processo varia a seconda dello spessore del materiale, del numero di fori da creare e della grandezza (larghezza e profondità) di questi fori.

Tra i vantaggi della foratura laser si citano l'assenza di usura da contatto e di impurità, un'elevata precisione di ripetizione, la possibilità di lavorare con svariati materiali, la creazione di fori di precisione in diverse forme e dimensioni, la semplice integrazione nei processi di produzione e il rapido allestimento con ridotto ingombro.

Scolorimento di materia plastica con la TruMark Serie 5000
Marcatura laser/marchiatura con laser

Nella marcatura laser la dicitura viene applicata direttamente sulla superficie mediante un raggio laser pulsato di forte intensità. L'interazione tra raggio laser e superficie del componente produce una variazione del materiale, che evidenzia chiaramente scolorimento, strutturazione o marcatura. Anche per la marcatura laser sono disponibili diversi materiali. Le marcature laser possono quindi essere prodotte non solo su tutti i metalli, ma anche su ceramica, materie plastiche, LED, gomma, materiali compositi grafici, ecc.

Incisione laser

Con l'incisione laser viene asportata una parte del materiale, nella forma necessaria per creare incisioni visibili. Il processo di incisione è generato dal raggio laser, il quale asporta il materiale per creare una marcatura; in questo caso il laser agisce come uno scalpello che stacca e rimuove zone scelte del materiale dell'oggetto. L'oggetto viene marcato sotto la superficie. La profondità dipende dal tempo di sosta, dall'impulso energetico e dal numero di passaggi, nonché dal tipo di materiale.

Laser a fibra vs. laser a CO2

Passiamo ora a spiegare la differenza tra laser a fibra e laser a CO2. I laser a fibra sono il tipo più recente di laser disponibile sul mercato mondiale. I laser a fibra non hanno parti mobili o specchi, hanno bassi costi di manutenzione, sono efficienti dal punto di vista elettrico e funzionano bene con metalli riflettenti sia molto sottili sia più spessi. I laser a CO2 oggi vengono utilizzati prevalentemente per la lavorazione di materiali non metallici come materie plastiche, tessuti, vetro, acrilico, legno e persino materiale lapideo, per menzionare i settori più importanti. Sono vantaggiosi nella lavorazione di materiali spessi (spessore tipicamente superiore a 5 mm) e in linea retta sono più veloci rispetto ai laser a fibra.

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