LAVORAZIONI NON CONVENZIONALI TECNOLOGIA LASER

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1 LAVORAZIONI NON CONVENZIONALI TECNOLOGIA LASER LASER = LIGHT AMPLIFICATION BY SIMULATED EMISSION OF RADIATION Amplificazione della luce mediante l emissione stimolata della radiazione Il LASER è una particolare radiazione elettromagnetica con caratteristiche particolari:

2 MONOCROMATICITA = onda unica con una determinata frequenza: un unica sinusoide (ad esempio la luce di una lampadina è la sovrapposizione di tante sinusoidi)

3 UNIDIREZIONALITA = l onda si propaga in una direzione ben definita. Si può focalizzare in un diametro dell ordine del millesimo di millimetro µ

4 COERENZA SPAZIALE E TEMPORALE COERENZA SPAZIALE E TEMPORALE = Le sinusoidi che costituiscono il fascio laser sono sempre in fase sia nello spazio che nel tempo.

5 EMISSIONE SPONTANEA/STIMOLATA Quando gli atomi sono eccitati, gli elettroni tendono a sfuggire dall orbita nella quale si trovano posizionandosi in orbite più lontane dal nucleo. Essendo una situazione instabile, gli elettroni tendono a ritornare nella loro situazione iniziale, restituendo all esterno i fotoni ed emettendo radiazione elettromagnetica.

6 MATERIALI LAVORABILI Si può lavorare qualsiasi tipo di materiale sebbene occorra fare attenzione a quelli - altamente riflettenti - elevato coefficiente di trasmissione del calore - Notevole dispendio energetico - Modeste finiture superficiali

7 CLASSIFICAZIONE APPARECCHIATURE LASER 1. Caratteristiche fisico-chimiche dei materiali 2. Caratteristiche superficiali del materiale 3. Dimensioni del manufatto 4. Tolleranza di forma e di dimensione 5. Rugosità da ottenere

8 APPLICAZIONI INDUSTRIALI E possibile tagliare,saldare,forare e trattare materiali con grande precisione. POTENZA = 1 kw DIAMETRO PUNTO FOCALE = 100 µm DENSITA DIPOTENZA = 10 7 W/cm 2 In genere si ottiene la fusionedei metalli a partire da: Si ottiene l evaporazione con: 10 5 W/cm W/cm 2

9 TAGLIO LASER L azione del taglio è un processo di tipo termico, perché l elevata temperatura locale ( fino a C) provoca l evaporazione del materiale. L uso del CNC garantisce precisione e velocità di taglio. Per materiali non metallici è possibile ottenere velocità dell ordine di 2500 mm/min.

10 FORATURA LASER Per la foratura si utilizza la medesima unità utilizzata per il taglio. La successione degli impulsi vaporizza i singoli strati fino a formare il foro. I fori occlusi (ciechi) sono in pratica irrealizzabili perché il materiale vaporizzato solidifica in fondo. Esempio di foratura

11 SALDATURA LASER Il raggio laser è focalizzato sul profilo dei lembi e ne determina la saldatura per fusione e successiva risolidificazione. La saldatura può avvenire pertanto senza materiale di apporto (autogena). Occorre poi un gas di assistenza (argon, azoto, elio) per evitare ossidazioni superficiali. Il rapporto tra la profondità di penetrazione e la larghezza del cordone viene detto rapporto di forma, in funzione del quale si distinguono due diverse tipologie di saldatura laser. rapporto di forma = Profondità di penetrazione Larghezza del cordone

12 SALDATURA LASER Saldatura a BASSA PENETRAZIONE: rapporto di forma = Profondità di penetrazione Larghezza del cordone 1 - Adatta per materiali metallici e polimerici; - energia assorbita in superficie; - potenze di 1,5 kw (modalità continua); - potenze di circa 100 W (modalità pulsata) - Poco affidabile; (impiegata nella saldatura di lamiere di piccolo spessore e sigillatura)

13 SALDATURA LASER Saldatura a PROFONDA PENETRAZIONE(con keyholecontenente plasma) : rapporto di forma = Profondità di penetrazione Larghezza del cordone 10 - Elevata potenzaspecifica (10 6 W/cm 2 ); - Velocitàdi lavoro anche superiore a 3 m/min; - Giunzione di materiali eterogenei; - Limitate distorsioni e alterazioni termiche; - Elevata qualità del cordone - Occorre perfetto allineamento dei lembi - il fascio deve seguire esattamente la linea di saldatura

14 PROBLEMI DISICUREZZA Uso di d.p.i.(dispositivi di protezione individuale): - occhiali; - schermi protettivi; - sistemi di aspirazione dei fumi; - isolamento elettrico degli ambienti di lavoro. Rischi fisici : - sulla pelle (bruciature superficiali e profonde) - sugli occhi (danni alla cornea [laser CO2]; danni alla retina [laser Nd:YAG]); - nelle vie respiratorie (particelle di metallo [1 µm] arrivano agli alveoli polmonari) La sublimazione dei metalli impone la presenza di sistemi di aerazione e filtri dei fumi che, se inalati, potrebbero causare danni irreversibili perché altamente cancerogeni.

15 GAS DIASSISTENZA Durante la focalizzazione del fascio laser viene fatto fluire gas a 3 4 bar per: - favorire l allontanamento del gas sublimato; - proteggere la lente da proiezioni di materiale; - allontanare il plasma che si forma sulla superficie lavorata