Il laser al femtosecondo sta rivoluzionando il micromachining

Optoprim si è dotata di un Application Center in grado di aiutare le aziende italiane ad approcciare la tecnologia laser e ad individuare nuove opportunità di crescita. Grande attenzione in particolare per il micromachining dove, grazie all’impiego di laser al femtosecondo, ci si è spinti verso nuove frontiere di materiali e processi.

In Italia gli investimenti in ricerca e sviluppo da parte delle aziende sono limitati. È un dato che sentiamo spesso ripetere da economisti e analisti, quasi con rassegnazione e senza mai indicare un modo che possa invertire questo trend e aiutare le aziende che vogliono crescere e investire in nuove tecnologie. “Negli anni – spiega Giuseppe D’Amelio di Optoprim – abbiamo notato come sul mercato ci fosse poca competenza riguardo la tecnologia laser. Anche chi in passato ha approcciato il laser, lo ha fatto solo per una singola applicazione e la conoscenza che aveva sviluppato si è persa una volta concluso quel progetto. Optoprim vuole portare nel mercato questa competenza che ora manca e, per farlo, mette a disposizione tecnologie e personale qualificato. Il nostro Application Center però non solo colma il gap di competenza sul laser tra integratori e produttori, ma aiuta anche i costruttori che non conoscono le potenzialità applicative della loro tecnologia laser”. Questo approccio al mercato, in cui Optoprim crede e investe da molto tempo, vuol dire quindi porsi al mercato non solo come fornitore di tecnologia, ma anche come partner nello sviluppo di progetti innovativi e nell’adozione di nuovi paradigmi produttivi.

“In Optoprim, le aziende trovano un approccio accademico alla ricerca che però mantiene un’ottica industriale: si lavora con tempi e target definiti con team di ricerca strutturati. Abbiamo rapporti di strettissima collaborazione con i nostri clienti, non ci limitiamo a fornire componenti ma condividiamo con loro competenze dando e ricevendo fiducia”. Le attività del laboratorio di Optoprim sono infatti il frutto di una grande passione per la tecnologia laser che viene alimentata con una metodologia di lavoro strutturata e definita in modo da sviluppare un database di parametri per le varie applicazioni. “Proprio per il metodo di lavoro che abbiamo – conferma D’Amelio – le applicazioni che sviluppiamo in laboratorio sono immediatamente integrabili a livello industriale. Non è un’attività di ricerca fine a sé stessa: può nascere da un’esigenza precisa di un cliente integratore oppure da un utilizzatore che vuole innovare un suo processo, ma è sempre sviluppata con un’ottica industriale”.

Tutte le potenzialità del laser al femtosecondo

All’interno del laboratorio Optoprim il laser viene affrontato a 360° con varie stazioni, ciascuna dedicata a una macro famiglia di applicazioni. In questo articolo entriamo nel dettaglio dell’area micromachining dove, sotto la guida dell’application engineer specializzato in microlavorazioni Riccardo Motta, si stanno ottenendo risultati di grande interesse nell’applicazione di laser impulsato al femtosecondo. “L’elemento centrale del laboratorio – spiega l’Ing. Motta – è proprio un laser con impulsi al femtosecondo e una potenza media di 40W, quindi molto più potente della media delle potenze dei laser di questa tipologia, con un set-up estremamente flessibile. Il laser è dotato infatti del generatore di armoniche, grazie al quale si hanno a disposizione tre lunghezze d’onda diverse (1030nm, 515nm, 343nm) e dell’opzione “biburst”, grazie alla quale si possono generare pacchetti di impulsi al femtosecondo spaziati tra loro di un tempi dell’ordine dei nano- o dei pico – secondi.

Questa flessibilità, che si abbina al controllo della durata dell’impulso, è molto importante perché amplia le possibilità di interazione con un materiale: per esempio agendo su un materiale già caldo o in uno stato differente”. Massima flessibilità anche nella gestione del fascio grazie a una testa di scansione galvanometrica ad alte prestazioni. “Stiamo esplorando nuove frontiere di applicazioni – prosegue Motta – e quindi è importante avere un tool flessibile che ci permetta di controllare e variare dimensioni, lunghezza d’onda e durata temporale dell’impulso in modo da adattarlo alle specifiche esigenze di quel progetto”. Cambiare le proprietà di interazione del laser con la materia vuol dire gestire un numero elevatissimo di variabili e di problematiche, proprio per questo motivo è fondamentale che queste risorse tecnologiche siano gestite e utilizzate da tecnologi molto competenti. “Per ottenere dei risultati – aggiunge Giuseppe D’Amelio – è fondamentale avere a disposizione conoscenze specifiche molto elevate: per questo motivo per Optoprim investire nel laboratorio vuol dire dotarsi di tecnologie di alto livello, ma anche di figure competenti come Riccardo. Serve una mente appassionata, che conosca bene questa tecnologia e che voglia scoprire nuove soluzioni con questa stazione”. 

Per ampliarne la flessibilità applicativa, la stazione è stata dotata anche di un sistema di assi di movimentazione che permette di agire su aree di grandi dimensioni. “Abbiamo scelto un sistema di di movimentazione che viene solitamente usato su macchine di micromachining di fascia altissima con assi e scanner che si muovono in sincrono grazie ad un software che riesce a mettere in comunicazioni le varie parti e a un sistema di visione correttamente dimensionato”. Il raggio d’azione di questa stazione di ricerca è quindi amplissimo e permette di sperimentare applicazioni su materiali diversi (dal vetro ai polimeri, passando per i metalli), ma anche lavorazioni molto diverse.

Nuove frontiere nel micromachining

Le applicazioni attualmente in fase di studio nell’Application Center di Optoprim cercano di massimizzare i punti di forza del laser a femtosecondi: la precisione estrema e la possibilità di avere interazioni con un apporto termico controllato con il materiale. 

“Tutte le applicazioni che richiedono queste caratteristiche – spiega Riccardo Motta – sono adatte a questa tecnologia”. Entrando nel dettaglio di alcuni processi messi a punto da Optoprim, sono molto interessanti i risultati ottenuti nella marcatura del vetro. “Solitamente in questi casi per la marcatura si agisce sulla superficie del vetro, invece con il laser a femtosecondi si può agire all’interno del vetro rendendo questa decorazione impalpabile. Inoltre diventa possibile realizzare, sempre all’interno del vetro, marcature nere o olografiche. Sono opportunità che solo questa tecnologia permette e che, oltretutto, stiamo sperimentando anche su altri materiali, ad esempio su oggetti plastici trasparenti”. Da segnalare come questa tecnologia permetta di modificare le proprietà superficiali di un materiale rendendolo, ad esempio, idrofobo o ghiaccio repellente. “Stiamo già ottenendo risultati molto interessanti con questi processi – spiegano in Optoprim – anche se per ora i costi ne consentono l’applicazione solo in alcuni mercati più ricchi (come il fashion). La tecnologia sta diventando però sempre più competitiva e, anche grazie al nostro lavoro, la conoscenza delle sue potenzialità si sta ampliando. Siamo certi che a breve potrà entrare anche in ambiti industriali!”.

Molte applicazioni sono state inoltre sviluppate per lavorazioni di taglio per il settore della micro-elettronica, con richieste di qualità elevata e apporto termico minimo in modo da non alterare le proprietà del materiale, il tutto garantendo una precisione dimensionale molto stretta (nell’ordine di pochi micron) Anche nelle operazioni di milling o engraving sui vari materiali (metallo, vetro, ceramica, ecc..), il laser a femtosecondi dà grandi opportunità visto che opera con rugosità molto basse e precisioni anche inferiori al micron. “Le possibilità sono molte – interviene Motta – si possono fare nano strutturazioni, realizzare utensili in metallo duro o performare lavori di microforatura”. Insieme ad alcuni clienti Optoprim ha già sviluppato numerose applicazioni di micromachining dove, grazie alle caratteristiche del laser a femtosecondi, non è più necessario il post processing con evidenti risparmi di tempi e costi. “Quando parliamo di apporto termico controllato – conclude Riccardo Motta – va interpretato come ulteriore ambito in cui il laser a femtosecondi si rivela flessibile: possiamo passare infatti da lavorazioni “a freddo” quando il materiale non deve assolutamente essere alterato a operazioni di saldatura su vetro, il tutto con la stessa tecnologia”.

Continuare a innovare, continuare a crescere

Attualmente il mercato sta dimostrando grande interesse per le opportunità che Optoprim mette a disposizione con questo laboratorio che possiamo definire a ragione “un piccolo Fraunhofer del laser”. “Abbiamo moltissime richieste – conferma Motta – che indirizzano al 80-90% le nostre aree di sperimentazione, ma manteniamo comunque una parte di ricerca spontanea e indipendente da richieste dirette”. Anche per rispondere a questa mole di richieste, l’Application Center verrà ulteriormente ingrandito nella nuova sede di Vimercate (MB) che Optoprim inaugurerà prima dell’estate. Nella nuova struttura sono infatti previsti spazi maggiori e più strutturati per il laboratorio: da un unico spazio condiviso a sette diverse celle dedicate a ciascuna applicazione. “Nella nuova sede – conferma l’Application Engineer specializzato in microlavorazioni di Optoprim – gestiremo due stazioni di micromachining con un incremento di tecnici e ricercatori dedicati. L’idea è di non fermarci qui: vogliamo crescere e questo è solo l’inizio”.