![\"1.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic01a.jpg\")
1. Esempi delle microlavorazioni sviluppate dalla societ\u00e0 LASEA. Vista macro e microscopica del texturing per un effetto \u201cnero profondo\u201d (sopra); taglio e smussatura e incisione \u201cbianca\u201d per l\u2019industria dell\u2019orologiera (sotto). (\u00a9LASEA)<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"1.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic01b.jpg\")
1. Esempi delle microlavorazioni sviluppate dalla societ\u00e0 LASEA. Vista macro e microscopica del texturing per un effetto \u201cnero profondo\u201d (sopra); taglio e smussatura e incisione \u201cbianca\u201d per l\u2019industria dell\u2019orologiera (sotto). (\u00a9LASEA)<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"1.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic01c.jpg\")
1. Esempi delle microlavorazioni sviluppate dalla societ\u00e0 LASEA. Vista macro e microscopica del texturing per un effetto \u201cnero profondo\u201d (sopra); taglio e smussatura e incisione \u201cbianca\u201d per l\u2019industria dell\u2019orologiera (sotto). (\u00a9LASEA)<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"1.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic01d.jpg\")
1. Esempi delle microlavorazioni sviluppate dalla societ\u00e0 LASEA. Vista macro e microscopica del texturing per un effetto \u201cnero profondo\u201d (sopra); taglio e smussatura e incisione \u201cbianca\u201d per l\u2019industria dell\u2019orologiera (sotto). (\u00a9LASEA)<\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n Funzionalizzazione delle superfici<\/h3>\n\n\n\n
La funzionalizzazione delle superfici \u00e8 una delle attivit\u00e0 di rilievo per l\u2019applicazione di laser USP. LASEA, infatti, utilizza questa tecnologia per realizzare soluzioni di eco-design che possano minimizzare l\u2019impatto ambientale. Nel progetto LAMpAS, finanziato dalla Comunit\u00e0 Europea, otto partner (Technische Universitaet Dresden,TRUMPF, LASEA, Next Scan Technology, Bosch, EPIC, New Infrared Technologies e B\/S\/H) collaborano allo sviluppo e costruzione di una macchina basata su un laser USP in grado di lavorare superfici con una produttivit\u00e0 di 1-5 m2\/min, conferendo agli elementi trattati determinate propriet\u00e0 quali elevata idrorepellenza o funzione battericida, senza ulteriori rivestimenti e prodotti chimici.
Il cuore della macchina \u00e8 un laser al picosecondo da 1,5 kW multifascio integrato con un\u2019ottica di ricombinazione in grado di generare una figura d\u2019interferenza ad altissima risoluzione sulla superficie da trattare. La robusta stazione di lavoro, pensata per essere posta in produzione, si completa con un sistema di scansione del fascio ad alta velocit\u00e0 integrato con un sistema di visione per il controllo di processo in tempo reale.
La lavorazione delle superfici ottenuta con laser a impulsi ultracorti con macchine a 5 assi \u00e8 il business principale della societ\u00e0 Microrelleus, che si concentra sulla realizzazione di stampi per ottiche e micro-ottiche. La loro principale applicazione si trova nelle microstrutture per l\u2019industria dell\u2019illuminazione: sono realizzabili guide d\u2019onda, diffusori, omogeneizzatori e ottiche complesse studiate per ottenere i pi\u00f9 diversi effetti funzionali con la luce (Figura 2). Lavorazioni per la funzionalizzazione delle superfici quali l\u2019autolubrificazione o l\u2019attribuzione di idrofobicit\u00e0 fanno parte del portafogli di Microrelleus. Lo spettro delle possibili microlavorazioni laser si estende su numerose applicazioni come quelle coperte, a esempio, dalla societ\u00e0 Oxford Lasers la cui offerta comprende sia macchine di microlavorazione laser che servizi di lavorazione conto terzi (Figura 3). Con le loro stazioni di lavoro si possono effettuare lavorazioni di fresatura laser, ablazione e foratura per dispositivi microfluidici in diversi materiali come vetro borosilicato e polimeri. Tali dispositivi microfluidici, che sono utilizzati in sistemi per processi cellulari e batterici, celle a combustibile, optofluidica o reattori chimici, hanno tipicamente strutture che comprendono canali e pozzetti che, combinati, agiscono come micro-pompe per la miscelazione dei fluidi. I canali hanno tipicamente dimensioni inferiori ai 100 micron di larghezza e 100 micron di profondit\u00e0. Oxford Lasers inoltre, con gli stessi laser USP, \u00e8 in grado di realizzare giunzioni dirette vetro-vetro, vetro-metallo o vetro-silicio, senza strati intermedi o adesivi ottici. Questi processi sono estremamente interessanti e vantaggiosi nella produzione di dispositivi elettro-ottici per i settori aerospaziale e difesa nonch\u00e9 nei sistemi OLED perch\u00e9 offrono la sicurezza di una sigillatura ermetica combinata con la precisione del posizionamento e delle caratteristiche opto-meccaniche. Utilizzando le diverse sorgenti di Oxford Laser, dal nanosecondo al femtosecondo, si possono lavorare le superfici per ottenere microstrutture su scala nanometrica destinate a modificare sia le propriet\u00e0 quali bagnabilit\u00e0 o attrito che quelle ottiche. Un\u2019altra applicazione in cui sono specializzati \u00e8 la rimozione estremamente precisa del singolo strato o di pi\u00f9 strati dal substrato come per esempio nella prototipazione rapida di dispositivi elettronici flessibili dove si rimuovono\/modellano strati di ossido di indio e di stagno. Il tutto si completa con microlavorazione \u201cclassiche\u201d, come foratura, taglio, incisione e marcatura di materiali particolarmente ostici quali vetro e ceramica, ma anche metalli e polimeri con una larghezza minima della traccia di pochi \u00b5m e uno spessore massimo del materiale di > 1 mm.<\/p>\n\n\n\n![\"3.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic03.jpg\")
3. Esempi applicativi di microlavorazioni laser realizzate da Oxford Lasers, in senso orario dall\u2019alto a destra: fresatura laser di microcanali in vetro borosilicato, saldatura laser di vetro BK7 su alluminio, texturing della superficie per ottenere una bagnabilit\u00e0 controllata (idrofobicit\u00e0), ablazione di film sottili di ossido di indio e stagno (ITO) su PET, texturing superficiale di canali in acciaio inossidabile, forature laser per fori con diametro 90 micron su poliammide, fori quadrati da 50 micron su nitruro di silicio, e fori con diametro 35 micron su molibdeno. Al centro la stazione di lavoro per microlavorazioni industriale Oxford Lasers Serie C. (\u00a9Oxford Lasers)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Lavorazione del vetro per dispositivi medici ed elettronici<\/h3>\n\n\n\n
Un\u2019altra azienda completamente focalizzata sulle microlavorazioni laser \u00e8 la Workshop of Photonics. Si pongono sul mercato offrendo sia stazioni di lavoro complete con sorgenti laser USP, sia fornendo il servizio di lavorazione conto terzi per piccoli-medi volumi da consegnare in tempi brevi. La lavorazione del vetro \u00e8 sicuramente la loro competenza chiave: con la loro tecnologia brevettata, basata su laser a femtosecondi, riescono a realizzare fino a 1.200 fori\/sec su wafer di vetro prima della finitura tramite incisione chimica. Il tempo totale della lavorazione laser varia da pochi secondi ad alcuni minuti per pezzo in funzione della specifica funzionalizzazione e pu\u00f2 raggiungere la lavorazione di un massimo di 106 elementi (Figura 4). L\u2019incisione pu\u00f2 essere fatta per lotti omogenei \u201csommando\u201d insieme tutte le caratteristiche. Le principali applicazioni di queste lavorazioni su vetro si trovano nella produzione di dispositivi medici ed elettronici.<\/p>\n\n\n\n
Laser USP per il mercato elettronico e l\u2019automotive<\/h3>\n\n\n\n
La societ\u00e0 svizzera Posalux \u00e8 un produttore di macchine utensili da decenni attivo nelle lavorazioni di precisione con tecniche convenzionali. Una decina di anni fa hanno integrato per la prima volta una sorgente laser in una loro macchina e dal 2014 si affidano ai laser USP per i sistemi di lavorazione e test nel mercato elettronico e nel settore dei dispositivi automobilistici per iniezione carburante. Specialmente per il primo campo, il loro Femto X\/Y pu\u00f2 lavorare vari materiali, come ceramica, polimeri, acciaio e materiali preziosi, per processi accurati di foratura e fresatura (Figura 5) grazie a impulsi laser <300 fs pilotati da una testa a precessione a 5 assi.<\/p>\n\n\n\n
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4. Esempio di microlavorazione della societ\u00e0 Workshop of Photonics: 3.000.000 di fori su un wafer di quarzo ottico (fused silica) da 8 pollici e 500 micron di spessore. A sinistra: vista macro e a destra microscopica. (\u00a9Workshop of Photonics) \n<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"4.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic04-sin.jpg\")
4. Esempio di microlavorazione della societ\u00e0 Workshop of Photonics: 3.000.000 di fori su un wafer di quarzo ottico (fused silica) da 8 pollici e 500 micron di spessore. A sinistra: vista macro e a destra microscopica. (\u00a9Workshop of Photonics) \n<\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n Dall\u2019importazione CAD fino al pezzo finale<\/h3>\n\n\n\n
Negli ultimi anni un numero sempre maggiore di costruttori di macchine si orienta verso lavorazione a 5 assi perch\u00e9, rispetto ai 3 assi, la precisione, la finitura, la velocit\u00e0 e, pi\u00f9 in generale, la flessibilit\u00e0 nella produzione di un pezzo \u00e8 maggiore aggiungendo 2 assi di rotazione. La maggiore complessit\u00e0 e flessibilit\u00e0 si riflette anche nella fase di sviluppo, ottimizzazione e implementazione del controllo delle macchine stesse tramite ambienti di sviluppo adeguati a supportare tutti i gradi di libert\u00e0. La societ\u00e0 Direct Machining Control ha sviluppato specificatamente il software \u201cDMC\u201d per il controllo delle macchine laser. Questo software aiuta i costruttori di macchine a ridurre drasticamente il time to market e a diventare pi\u00f9 flessibili quando arriva il momento di cambiare qualcosa o iniziare lo sviluppo di un nuovo prodotto. Controlla la macchina laser dall\u2019importazione CAD fino al pezzo finale ed \u00e8 indipendente dall\u2019hardware. La loro ultima aggiunta al DMC \u00e8 il modulo di controllo a 5 assi, che semplifica la lavorazione – per esempio, permettendo di importare l\u2019oggetto 3D, allinearlo, avvolgere la texture intorno a esso e premere Start per avviare la lavorazione. Un\u2019altra tendenza in cui sono attivamente coinvolti \u00e8 quella del controllo del processo ad anello chiuso. Le lavorazioni laser a 5 assi supportate da software dedicati sono di particolare interesse per l\u2019industria aeronautica dove c\u2019\u00e8 l\u2019esigenza di combinare volumi ridotti con particolari estremamente complessi.<\/p>\n\n\n\n
Applicazioni recenti e innovative dei principali produttori di sorgenti laser a impulsi corti e ultra-corti<\/h3>\n\n\n\n
Le prestazioni dei sistemi e dei servizi descritti come di molti altri costruttori di macchine e fornitori di servizi sono stati resi possibili dal grande sforzo compiuto dalle aziende produttrici di sorgenti laser USP che stanno perseguendo maggiori potenze, precisione, flessibilit\u00e0, affidabilit\u00e0 e stabilit\u00e0 delle sorgenti stesse. L\u2019azienda Lumentum, per esempio, si concentra sullo sviluppo di sorgenti ad alte prestazioni, progettati per la massima operativit\u00e0 in applicazioni industriali. La loro nuova serie PicoBlade 3 \u00e8 caratterizzata da un\u2019elevata potenza media (fino a 75W a 355 nm) combinata con un\u2019alta qualit\u00e0 del fascio, con la stabilit\u00e0 da impulso a impulso e a lungo termine. Disponibile nelle lunghezze d\u2019onda IR, verde e UV, il PicoBlade 3 offre anche la possibilit\u00e0 di funzionamento in modalit\u00e0 burst ad alta energia e la scansione lineare ad alta velocit\u00e0. L\u2019obiettivo di questa nuova serie \u00e8 quello di consentire processi pi\u00f9 veloci e incrementare la produttivit\u00e0 nelle applicazioni di microlavorazione, specialmente nella produzione di OLED, PCB, semiconduttori, e-mobility e celle solari. Le soluzioni basate su laser a fibre sono spesso sinonimo di robustezza per le applicazioni industriali. L\u2019azienda Fluence si \u00e8 dedicata allo sviluppo e alla commercializzazione di sorgenti industriali al femtosecondo e la linea di prodotti Jasper \u00e8 quella specificatamente dedicata alle microlavorazioni. Questi dispositivi sono basati su una configurazione ottica tutta in fibra con un oscillatore a femtosecondi monolitico, senza SESAM, e stadi successivi di amplificatori in fibra. La soluzione adottata tutto-in-fibra ha lo scopo di ridurre al minimo il disallineamento del fascio. Nello specifico, il laser molto compatto Jasper Flex eroga 30W di potenza media con impulsi laser <250 fs, e l\u2019unico componete non integrato in fibra \u00e8 il compressore di impulsi, posto all\u2019uscita della sorgente. Fluence estende la sorgente con un modulo per generazione armonica la cui uscita pu\u00f2 essere commutata tra 4 lunghezze d\u2019onda: 1030 nm, 515 nm, 343 nm e 258 nm. Le sorgenti laser Jasper 30 e Jasper 60 forniscono fino a 100 \u00b5J di energia d\u2019impulso a 300 kHz e 600 kHz di frequenza di ripetizione, rispettivamente, e fino a 200 \u00b5J in modalit\u00e0 burst, consentendo processi di incisione, foratura, taglio e scissione molto efficienti. Attraverso il controllo software della durata dell\u2019impulso fino a 20 ps, l\u2019utente \u00e8 in grado di individuare i parametri ottimali per microlavorazione su innumerevoli materiali. Esiste anche una versione speciale (proof of concept) denominata Jasper 100, che emette impulsi da 200 fs con 100 W di potenza media e con spot da 30 micron per lavorare l\u2019acciaio inossidabile, per esempio, con una velocit\u00e0 lineare fino a 300 m\/s, se combinato con uno scanner poligonale. Inoltre \u00e8 prevista per la fine del 2021 l\u2019inaugurazione del loro nuovo centro applicativo a Wroc\u0142aw, in Polonia, per provare i loro laser in diverse applicazioni di microlavorazione, come il taglio del vetro e la strutturazione delle superfici (Figura 6). Il laboratorio sar\u00e0 equipaggiato con le pi\u00f9 importanti tecnologie per la formatura e la deflessione dei fasci, nonch\u00e9 sistemi di posizionamento preciso e di visione artificiale, in modo da effettuare studi di fattibilit\u00e0 per i clienti.<\/p>\n\n\n\n
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5. Esempio delle capacit\u00e0 di microlavorazione della societ\u00e0 Posalux: fori quadrati 30×30 micron su nitruro di silicio (a, b, c) e \u201crouting\u201d di sonde verticali e MEMS \n<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"5.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic05b.jpg\")
5. Esempio delle capacit\u00e0 di microlavorazione della societ\u00e0 Posalux: fori quadrati 30×30 micron su nitruro di silicio (a, b, c) e \u201crouting\u201d di sonde verticali e MEMS \n<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"5.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic05d.jpg\")
5. Esempio delle capacit\u00e0 di microlavorazione della societ\u00e0 Posalux: fori quadrati 30×30 micron su nitruro di silicio (a, b, c) e \u201crouting\u201d di sonde verticali e MEMS \n<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"5.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic05c.jpg\")
5. Esempio delle capacit\u00e0 di microlavorazione della societ\u00e0 Posalux: fori quadrati 30×30 micron su nitruro di silicio (a, b, c) e \u201crouting\u201d di sonde verticali e MEMS \n<\/figcaption><\/figure><\/li> ![\"5.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic05e.jpg\")
5. Esempio delle capacit\u00e0 di microlavorazione della societ\u00e0 Posalux: fori quadrati 30×30 micron su nitruro di silicio (a, b, c) e \u201crouting\u201d di sonde verticali e MEMS \n<\/figcaption><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n Una sorgente laser industriale a femtosecondi da 30 W<\/h3>\n\n\n\n
Per venire incontro alle esigenze di molti costruttori di sistemi per microlavorazione laser, la societ\u00e0 EKSPLA ha sviluppato FemtoLux 3, una sorgente laser industriale a femtosecondi da 30 W, caratterizzata dall\u2019innovativo sistema di raffreddamento. \u00c8 stato infatti deciso di utilizzare in alternativa all\u2019acqua, tipicamente usata per i laser USP con potenza di uscita media maggiore di 20W, un metodo di raffreddamento diretto con refrigerante specifico (DRC). Questo metodo combina il massimo scambio termico con un\u2019elevata stabilit\u00e0 della temperatura, contribuendo in modo sostanziale alla stabilit\u00e0 a lungo termine della potenza di uscita del laser (migliore dello 0,5% RMS su 100 ore) e a un\u2019alta affidabilit\u00e0 in qualsiasi condizione ambientale d\u2019installazione del laser. Inoltre, grazie alle dimensioni ridotte di tutti i componenti, l\u2019intero sistema di raffreddamento risulta molto compatto e leggero. A differenza dei sistemi raffreddati ad acqua, i sistemi di raffreddamento a refrigerante diretto non richiedono alcuna manutenzione periodica, come la sostituzione dei filtri dell\u2019acqua e delle particelle, o il risciacquo di un sistema di raffreddamento, il che significa nessun tempo di fermo macchina per la manutenzione periodica del laser.<\/p>\n\n\n\n
![\"Logo](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Logo-Photonics21-Public-Private-Partnership.jpg\")
<\/figure><\/div>\n\n\n\nNuove opportunit\u00e0 a 3 micron<\/h3>\n\n\n\n
Nella lavorazione laser dei materiali, per far fronte all\u2019esigenza di minimizzare i tempi di fermo macchina oltre a stabilit\u00e0 e robustezza di processo, vengono privilegiate le lunghezze d\u2019onda infrarosse a 1 micron e 10 micron, ovvero le sorgenti laser pi\u00f9 classiche basate su Neodimio e Itterbio (a 1 micron) e CO2 (a 10 micron) che sono ormai consolidate grazie a decenni di sviluppo e miglioramento tecnologici. Ma cosa c\u2019\u00e8 nella regione compresa tra queste due lunghezze d\u2019onda? Ovvero cosa si potrebbe fare se fosse disponibile una sorgente laser stabile e robusta in questo intervallo di lunghezza d\u2019onda con sufficiente energia d\u2019impulso? Ultimamente, tra molte aziende che stanno dedicando i loro sforzi nello sviluppo di sorgenti operanti in questo intervallo, risalta la canadese Femtum che da poco \u00e8 presente sul mercato con il Nano 2800, laser a fibra che emette a 2,8 micron impulsi laser da >30 ns con energie da 1 a oltre 100 \u00b5J e frequenze tra 1 e 50 kHz. La combinazione di lunghezza d\u2019onda e durata dell\u2019impulso permettono un\u2019interazione breve, selettiva e precisa con materiali con elevato assorbimento intorno ai 3 \u00b5m come polimeri, vetro e tessuti biologici. Per altro, molti semiconduttori, come il silicio o il germanio, sono trasparenti a 3 micron e diventano quindi possibili microlavorazioni nel volume invece che sulla superficie tramite interazioni non-lineari. Inoltre a questa lunghezza d\u2019onda risultano particolarmente convenienti processi di patterning selettivo e l\u2019ablazione di ITO su PET come pure il patterning di film sottili d\u2019oro su vetro. La lavorazione delle superfici di polimeri \u00e8 una possibilit\u00e0 ulteriore (Figura 7) mentre altre applicazioni sono in corso di sperimentazione.
<\/p>\n\n\n\n
![\"Esempio](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic07.jpg\")
![\"6.](\"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/wp-content\/uploads\/2021\/05\/Epic06.jpg\")