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Friday, 24 Novembre 2017

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Da Monaco, quante novità tra le sorgenti laser in fibra

“L’evoluzione delle sorgenti laser in fibra industriali” è stato il motto presentato sul volantino di Coherent-Rofin presso la scorsa fiera Laser World of Photonics 2017. La recente unione tra Rofin e Coherent ha portato certamente a una notevole spinta verso il mondo delle sorgenti in fibra attiva di elevata potenza per le applicazioni multikilowatt nella lavorazione dei metalli.

di Carlo Alberto Biffi

Settembre 2017

In occasione di Laser World of Photonics 2017, le principali novità in casa Coherent-Rofin di rilievo della divisione orientata alle applicazioni industriali hanno riguardato due differenti sorgenti in fibra attiva: HighLight FL 10000 e HighLight FL1000P. Il primo modello, HighLight FL 10000, è una sorgente in fibra attiva ad alta brillanza ad alta potenza da 750 W fino a 10 kW di potenza massima, erogabile in modalità continua oppure impulsata fino a 5 kHz di frequenza di ripetizione, che proviene dalla serie HighLight FL. La sorgente laser offre ottima efficienza, è flessibile e affidabile per applicazioni industriali di lavorazione di materiali, come il taglio, la saldatura e i trattamenti superficiali. La lughezza d’onda caratteristica è di 1.070 nm, consentendo un buon coefficiente di assorbimento per i metalli ed è anche rivolta per materiali altoriflettenti, che possono provocare problemi di riflessione interna (back feflection), quali le leghe di rame e gli ottoni. Queste sorgenti sono equipaggiate con un’unità di controllo Coherent-Rofin in grado di offrire numerose funzioni di monitoraggio e di comunicazione con il service. Rimane comunque opzionale il pacchetto di implementazione con la configurazione di scansione del fascio laser per applicazioni in remoto. Altre caratteristiche di interesse sono la buona stabilità della potenza laser emessa nel tempo (±2%), buona qualità del fascio laser, variante tra 4,5 mm x mrad e 6 mm x mrad nel caso di una fibra di trasporto pari a 150 micron. Tale diametro della fibra può variare fino a 1 mm, in funzione dell’applicazione e delle specifiche caratteristiche del fascio laser richieste dell’utilizzatore.

Fasci laser modificabili con estrema flessibilità
In realtà, è stato presentato un nuovo modello HighLight FL 10000 ARM, che si differenzia rispetto alla versione pura HighLight FL 10000 dalla configurazione della fibra interna. La peculiarità del modello ARM è, infatti, la presenza di due fibre: una fibra centrale, quella di core, e una esterna ad anello con la possibilità di gestire la potenze del fascio laser tra le due fibre. Ciò significa che è possibile parzializzare una parte di potenza nella fibra di core e la restante nella fibra ad anello, in funzione delle caratteristiche del fascio laser in uscita e di conseguenza della specifica applicazione. La gestione della potenza avviene per via elettronica e consente di modulare tra le due fibre multipli di 2,5 kW fino alla potenza massima di 10 kW. Come risultato, si ottengono fasci laser modificabili con estrema flessibilità: sfruttando esclusivamente la fibra di core, si ottiene un fascio laser circolare avente una distribuzione di potenza (e corrispondente BPP) coerente con quello dei laser in fibra ad alta potenza per applicazioni di taglio. Al contrario, utilizzando esclusivamente la fibra ad anello, ovvero quella esterna a quela di core, si ottiene un fascio laser con geometria anulare. La somma delle due fibre provoca la generazione di un fascio laser avente una distribuzione di potenza pressochè uniforme (comunemente denominata top hat). Evidentemente un grado di libertà riguarda il parziale utilizzo di entrambe le fibre per ottenere delle configurazioni geometriche intermedie, ottimizzabili in funzioni delle varie applicazioni di processo, quali taglio e saldatura di alto spessore. Dai risultati ottenuti, è stato osservato che il taglio di acciai attraverso il modello ARM porta a risultati migliori in termini di qualità del solco di taglio rispetto al corrispondente taglio con laser con fibra centrale di core. Nel mercato sono presenti al momento due configurazioni associate a diversi diametri delle fibre; per applicazioni di tagli la migliore configurazione prevede un diametro della fibra di core pari a 50 micron e un diametro della fibra ad anello di 150 micron, mentre per applicazioni di saldatura i diametri delle fibre sono rispettivamente 70 micron e 180 micron. Sempre inerente alle sorgenti in fibra attiva a regime continuo, una vera novità della fiera è il nuovo modulo HighLight FL3000C da 3 kW, in precedenza era di 2,5 kW, che può portare a potenze installate massime fino a 12 kW con l’unione di 4 moduli.

Sorgenti per lavorazioni superficiali
Il secondo modello presentato, HighLight FL 1000P, è una sorgente in fibra attiva a regime impulsato da 1 kW di potenza massima. Questa sorgente viene utilizzata per processi di modifica superficiale, come ablazione e pulizia superficiale (per esempio, per la rimozione dell’olio dalla superficie di componenti metallici). La realizzazione di tali processi è consentita dall’elevata qualità del fascio laser in uscita dalla sorgente associata all’elevata potenza. Le altre caratteristiche della sorgente laser impulsata sono l’energia per impulso fino a un massimo di 100 mJ, abbinata a durate degli impulsi variabili tra 10 ns e 100 ns e frequenze di ripetizione tra 10 kHz e 30 kHz. Merita di essere citata la sorgente ad impulsi ultracorti Monaco, caratterizzata da potenze medie fino a 40 W e durate degli impulsi di 500-600 fs, per applicazioni di microlavorazioni di precisione. È ben noto che il principale vantaggio fornito dagli impulsi ultracorti è l’assenza o almeno il trascurabile effetto termico, legato all’ablazione del materiale. Questa sorgente può essere utilizzata in processi di microforatura, ablazione superficiale come texturing o microtaglio di dispositivi o elementi con elevato tasso tecnologico

QUALIFICA AUTORE
Carlo Alberto Biffi - Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica della Materia Condensata e per le Tecnologie dell’Energia, Unità di Lecco.

 

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