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Thursday, 20 Settembre 2018
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Avanzano i laser a pulsazioni ultracorte

“La microlavorazione e la rifinitura occupano più della metà del mercato globale dei sistemi di lavorazione laser di materiali”, afferma il dottor Arnold Mayer, analista del mercato del laser e CEO della Optech Consulting. Per questo motivo, la LASYS 2016 focalizzerà l’attenzione sia sulla macro che sulla microlavorazione con il laser.

di Sabrina Hirlinger

Febbraio-Marzo 2016

“Negli ultimi cinque anni, a detenere la leadership sono stati soprattutto i sistemi laser a pulsazioni ultracorte per le nuove applicazioni tecnico-produttive nella lavorazione di precisione e nella microlavorazione”, spiega il dottor Siegfried Pause, direttore generale della LLT Applikation che esporrà alla LASYS. Proprio nella microlavorazione è importante evitare i difetti di natura termica nelle zone di rifinitura del bordo e conseguenti deformazioni. È, quindi, per questo motivo che alcuni produttori di macchine puntano sempre più sul laser a pulsazioni ultracorte. Le pulsazioni laser estremamente brevi, che agiscono sul materiale, creano processi d’interazione non lineari che portano, praticamente, all’asportazione del materiale senza che il calore influisca sul processo; si tratta della cosiddetta ablazione o lavorazione a freddo. Particelle minuscole e di filigrana possono essere prodotte senza sbavature e deformazioni termiche. Il dottor Pause continua: “Per la prima volta l’uso di sistemi laser a pulsazioni ultracorte ha permesso di eseguire strutturazioni di strati sottili di pezzi piccolissimi, per esempio di elementi ottici, senza danneggiare minimamente il substrato”. Di questa conquista approfittano molti settori come, a esempio, l’industria dell’automobile, la tecnica medica, la meccanica di precisione, l’industria ottica e l’elettronica, l’ingegneria ambientale e le tecniche di misura, l’industria della gioielleria e il design. Jan Wieduwilt, direttore del settore microlavorazione alla Trumpf, nomina altri vantaggi: “I sistemi laser a pulsazioni ultracorte lavorano pressoché qualsiasi materiale in modo delicato, preciso e altamente produttivo. Praticano fori sottili quanto un capello nei metalli e nei circuiti stampati, in campo medico tagliano gli stent ottenuti da tubicini in polimero oppure i display infrangibili degli smartphone; inoltre strutturano le superfici delle celle solari a film sottili, separano pellicole finissime in materiale sintetico e lavorano pezzi ceramici fragili, persino i diamanti”. Nella tecnica medica è possibile tagliare con il laser gli stent di dimensioni microscopiche addirittura senza sbavature, con diametri dei tubicini inferiori a 0,5 mm e spessori delle pareti di 0,1 mm. “I processi tradizionali di taglio a getto d’acqua non sono tecnicamente realizzabili”, afferma nuovamente Pause proseguendo la sua spiegazione: “Nella tecnica medica, il microtaglio laser ha reso possibile la produzione industriale di stent. Gli impianti possono diventare sempre più piccoli ed essere utilizzati nei vasi sanguigni della testa oppure addirittura degli occhi”.

Tante strade verso un incremento dell’efficienza
Gli impianti laser per la microlavorazione dimostrano inoltre la loro convenienza con lo sviluppo dei nuovi elementi ottici DOE, acronimo di Diffractive Optical Elements. Questi ultimi rendono possibili i processi a fasci multipli (Multibeam) in cui il fascio è scomposto nei suoi componenti. Il dottor Pause spiega ancora: “In questo modo è possibile aumentare considerevolmente l’efficienza del processo nella microstrutturazione”. Inoltre, grazie a speciali ottiche di formazione del raggio è possibile aumentare l’efficienza dei classici procedimenti di lavorazione laser come, per esempio, la saldatura laser. A questo proposito, il profilo laser è adattato in modo ottimale al sistema di lavorazione. Per quanto riguarda la convenienza, un altro aspetto è la concatenazione del processo laser con le fasi di lavoro situate a monte o a valle, che possono rendere complessivamente più redditizio il processo produttivo di un articolo specifico. “La saldatura laser, ad esempio, può essere integrata perfettamente nei processi di produzione automatizzati. Oggigiorno, nell’industria dell’auto non è più possibile immaginare la produzione delle carrozzerie senza la saldatura laser. Questa filosofia sta avanzando in misura crescente anche nella microlavorazione“, constata il capo della ditta LLT. “La marcatura non corrosiva di attrezzature per sala operatoria, effettuata con il laser a pulsazioni ultracorte, è un ulteriore esempio di applicazione che il laser rende possibile”, completa Wieduwilt, esperto della Trumpf. Secondo lui, a favore della convenienza della microlavorazione supportata dal laser vi è inoltre l’antiusura dell’utensile laser, la riproducibilità del lavoro e l’alta qualità del risultato ottenuto.

La produzione di schermi OLED punta sul laser
Secondo Trumpf, il procedimento Laser-Lift-Off dischiude un nuovo campo all’industria dell’elettronica, per esempio con gli schermi OLED. Gli schermi rigidi piegati - che in futuro diventeranno addirittura pieghevoli e arrotolabili - stanno pian piano guadagnando terreno, in particolare con gli wearables, dispositivi intelligenti che si indossano come occhiali o braccialetto. Per gli schermi i produttori rivestono le lastre portavetro con la poliammide che funge da substrato per il display flessibile. Su questa materia plastica si applicano dei diodi organici a emissione di luce (OLED). Dopo aver terminato il rivestimento, un fascio laser separa il display OLED dalla lastra di vetro che l’ha retto durante la fase di rivestimento. Trumpf ha sviluppato per questo processo un nuovo procedimento che prevede il laser a corpo solido. “Rispetto ai tradizionali laser a eccimeri utilizzati fino a oggi per questo tipo di applicazione, questa sorgente laser richiede pochissima manutenzione, aumenta il periodo di attività disponibile e riduce pertanto i costi di produzione. Le pulsazioni ultracorte rendono il processo estremamente efficiente perché ogni singola pulsazione può lavorare una superficie più grande”, riassume Wieduwilt, esperto Trumpf, che scorge altre potenzialità per la microlavorazione laser nella funzionalizzazione delle superfici, della tribologia e nella lavorazione di materiali futuri, come la plastica rinforzata con fibre di carbonio, in particolare nel campo moderno della costruzione leggera.

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Continued Market Growth for Industrial Laser Systems in 2014

OptechconsultingThe global market for laser materials processing systems reached a volume of US$ 11.6 billion in 2014. According to a preliminary analysis of 2014 data by Optech Consulting that figure is up 8% from the USD 10.7 billion reached in 2013. The demand for industrial laser systems grew double digit in China and in Asia overall. More than average demand growth was also reported for North America, while the European market grew less than average due to weak economic conditions. Globally, the market growth was driven by laser systems for high power cutting and welding as well as for precision processing, which includes low power cutting, drilling and welding, and additive manufacturing. In contrast, the demand for laser products for micro-processing in the electronics industry only showed moderate growth. Of the laser types used in materials processing again fiber lasers outpaced other laser types in terms of demand growth. The increase of the global industrial laser systems market of 8% for 2014 is in line with the long term average growth rate, which is, when averaged over economic cycles, in the 7% to 9% range. Assuming a steady economic environment Optech Consulting expects an increase of the global laser systems market in the high single-digit range again for 2015 when measured in local currencies.  

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