{"id":3693,"date":"2024-05-27T09:20:30","date_gmt":"2024-05-27T09:20:30","guid":{"rendered":"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/?p=3693"},"modified":"2024-05-27T09:44:03","modified_gmt":"2024-05-27T09:44:03","slug":"la-marcatura-laser-su-vetro","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/la-marcatura-laser-su-vetro\/","title":{"rendered":"La marcatura laser su vetro"},"content":{"rendered":"\n

Diffuso in numerosi settori applicativi, il vetro \u00e8 un materiale la cui marcatura pone diverse sfide tecnologiche. Grazie a una serie di interessanti e accurati test sperimentali, Lasit<\/a> ci aiuta ad analizzare questo materiale sotto il profilo della marcatura laser evidenziando pregi e debolezze della marcatura con laser a picosecondi, laser CO2<\/sub> e laser UV. <\/h2>\n\n\n\n

Il vetro <\/strong>\u00e8 un materiale di origine naturale, composto principalmente da silice (SiO2). \u00c8 un solido amorfo e pertanto i suoi atomi sono rigidi come in un cristallo ma disordinati come in un liquido e pertanto, sono assimilabili a liquidi sottoraffreddati ad elevatissima viscosit\u00e0. La maggior parte dei vetri disponibili in commercio non \u00e8 composta soltanto da silice; a questo materiale vengono aggiunti altri composti che modificano le propriet\u00e0 del vetro e lo rendono adatto ai diversi utilizzi. L\u2019aggiunta di sostanze alla composizione modifica per\u00f2 la \u201claserabilit\u00e0\u201d del materiale<\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

Il vetro industriale<\/strong> ha una struttura pi\u00f9 uniforme e che pertanto si presta meglio a essere sottoposto a lavorazione laser. Il vetro artigianale<\/strong> invece si presta meno a essere lavorato con il laser. In questo caso proprio la lavorazione artigianale pu\u00f2 determinare delle incoerenze nella composizione e nella struttura come ad esempio microfratture che, se sottoposte al calore generato dal laser, potrebbero spezzare il vetro. Trasparenza, compattezza e omogeneit\u00e0 strutturale, totale inerzia chimica e biologica, impermeabilit\u00e0 ai liquidi, ai gas, ai vapori e ai microrganismi, inalterabilit\u00e0 nel tempo, sterilizzabilit\u00e0 e perfetta compatibilit\u00e0 ecologica grazie alla possibilit\u00e0 di riciclo per un numero infinito di volte. Queste le eccezionali caratteristiche intrinseche del vetro, interamente costituito da sostanze naturali. Caratteristica del vetro \u00e8 la sua scarsa sopportazione della dilatazione termica. Quando il vetro \u00e8 sottoposto al laser si producono delle fratture a livello microscopico che hanno come risultato la realizzazione di una marcatura <\/strong>o di un taglio.<\/p>\n\n\n\n

A seconda del tipo di vetro il processo di marcatura pu\u00f2 avvenire in diversi modi<\/h3>\n\n\n\n

Vetro sodio-calcico <\/h4>\n\n\n\n

Il vetro sodo-calcico<\/strong> \u00e8 la tipologia di vetro pi\u00f9 comune. Utilizzata la produzione di finestre, bottiglie, stoviglie in vetro e altri oggetti di uso comune, si presta bene alla lavorazione al laser. Su questo tipo di vetro la marcatura si ottiene attraverso la generazione di migliaia di microfratture<\/strong> sulla superficie del vetro. Lo shock termico provoca la dilatazione del vetro che, essendo un materiale rigido, si frattura. Si ottiene cos\u00ec un segno opaco dall\u2019aspetto satinato, abbastanza simile alle lavorazioni eseguite con i metodi tradizionali ma a costi molto pi\u00f9 bassi. Alcuni esempi di applicazione sono da ricercare nell\u2019industria della decorazione (decorazione di bicchieri e stoviglie in vetro, di vetri per finestre, di vetri da interni in genere), nell\u2019industria automobilistica (incisione di codici identificativi sui vetri delle automobili), nella produzione di vetreria da laboratorio (incisione di scale graduate).<\/p>\n\n\n\n

Vetro al quarzo<\/h4>\n\n\n\n

Il vetro al quarzo<\/strong> \u00e8 ottenuto dalla fusione del quarzo anzich\u00e9 della silice. Le sue caratteristiche sono l\u2019elevata resistenza alle temperature, l\u2019ottima trasmissibilit\u00e0 ottica e l\u2019elevata resistenza alla corrosione. La lavorazione del vetro al quarzo tramite laser a CO2<\/sub> <\/strong>avviene tramite fusione superficiale. La fusione del materiale modifica la struttura reticolare del vetro, cambiando la rifrazione della luce rispetto al resto della superficie, con conseguente riconoscibilit\u00e0 del segno.<\/p>\n\n\n\n

Vetro boro-silicato<\/h4>\n\n\n\n

Il vetro borosilicato, noto anche con il nome commerciale di Pyrex<\/strong>, \u00e8 ottenuto aggiungendo alla silice minerali come il boro insieme ad altri composti. La reazione chimica che ne consegue produce un vetro dall\u2019eccellente resistenza alla dilatazione termica. Per questo motivo \u00e8 molto usato nella produzione di stoviglie e oggetti da forno. Il vetro borosilicato pu\u00f2 essere sottoposto a marcatura tramite laser a CO2<\/sub><\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Perch\u00e9 incidere con il laser sul vetro<\/h3>\n\n\n\n

L\u2019incisione del vetro con il laser \u00e8 un processo estremamente efficiente che si \u00e8 dimostrato economicamente valido<\/strong> sia per piccole produzioni che per produzione in serie. Un\u2019incisione di questo tipo:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • \u00e8 resistente all\u2019usura, ma anche alla corrosione e al contatto con sostanze aggressive, come detergenti concentrati o acidi<\/li>\n\n\n\n
  • i costi sono contenuti, perch\u00e9 non c\u2019\u00e8 materiale di consumo (spray, inchiostro, paste, ecc.)<\/li>\n\n\n\n
  • velocit\u00e0, anche nei cambi formato: puoi marcare prodotti diversi senza fermi macchina<\/li>\n\n\n\n
  • alta definizione, anche per marcature molto piccole<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Rispetto ad un processo quale la sabbiatura <\/strong>su vetro o incisione meccanica l\u2019incisione laser non ha limitazioni di design: la sabbiatura \u00e8 meno precisa rispetto all\u2019incisione al laser e non pu\u00f2 creare dettagli fini. Inoltre \u00e8 un processo pi\u00f9 veloce: la sabbiatura richiede pi\u00f9 tempo rispetto all\u2019incisione al laser.<\/p>\n\n\n\n

    Tipologie di laser<\/h3>\n\n\n\n

    L\u2019interazione tra i laser e il vetro \u00e8 influenzata dalla lunghezza d\u2019onda del laser e dalla durata dell\u2019impulso. I laser a picosecondi<\/strong> sono ideali per applicazioni di alta precisione. I laser a picosecondi generano impulsi laser estremamente brevi, con una durata dell\u2019impulso nell\u2019ordine dei picosecondi. Sono caratterizzati da una lunghezza d\u2019onda di 1.030 nm e una circolarit\u00e0 dello spot oltre il 96%. Ogni impulso ha durata cica di 1,9 ps e energia massima di 26,4 kJ. Nella modalit\u00e0 \u201cburst\u201d <\/strong>riesce a fornire impulsi ad elevatissima energia (oltre 230-250 kJ a 200kHz). Quando questi impulsi colpiscono il vetro, l\u2019energia concentrata in un periodo di tempo cos\u00ec breve crea un\u2019interazione molto intensa con il materiale. L\u2019energia del laser \u00e8 sufficiente a rompere i legami chimici nel vetro<\/strong>, creando piccole cavit\u00e0 o incisioni.A differenza dei laser a lunghezze d\u2019onda pi\u00f9 lunghe, i laser a picosecondi generano un minimo riscaldamento del materiale circostante, poich\u00e9 l\u2019energia \u00e8 concentrata in un breve istante temporale. Ci\u00f2 riduce il rischio di danni termici al vetro, rendendo i laser a picosecondi ideali per applicazioni di marcatura e lavorazione di precisione. <\/p>\n\n\n\n

    I laser CO2<\/sub> <\/strong>emettono invece radiazioni a una lunghezza d\u2019onda di 10.600 nanometri e una circolarit\u00e0 di oltre il 90%, che \u00e8 nella regione dell\u2019infrarosso lontano. Quando questa radiazione colpisce il vetro, viene assorbita dal materiale, causando un riscaldamento della superficie. L\u2019interazione tra il laser CO2<\/sub> e il vetro pu\u00f2 comportare:<\/p>\n\n\n\n

      \n
    • Fusione e Ablazione<\/strong>: a causa del riscaldamento, il vetro pu\u00f2 fondersi o ablarsi dalla superficie. Questo rende i laser CO2<\/sub> adatti per il taglio e l\u2019incisione del vetro, ma pu\u00f2 essere meno preciso rispetto ai laser a picosecondi in termini di dettagli di lavorazione<\/li>\n\n\n\n
    • Maggiore propagazione del calore<\/strong>: i laser CO2<\/sub> generano una maggiore propagazione del calore nel materiale rispetto ai laser a picosecondi, il che pu\u00f2 aumentare il rischio di creare fratture indesiderate o danni termici al vetro<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      Infine i laser UV <\/strong>operano a lunghezze d\u2019onda molto pi\u00f9 corte, tipicamente tra 100 e 400 nm, circolarit\u00e0 oltre i 98%. Quando questa radiazione colpisce il vetro, pu\u00f2 causare fenomeni di fotoablazione, simili a quelli dei laser a picosecondi, ma su scala pi\u00f9 grossolana.<\/p>\n\n\n\n

      Laser a confronto<\/h3>\n\n\n
      \n
      \"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

      Le prove sono state realizzate andando a marcare su un vetro tradizionale lo stesso disegno con i parametri di marcatura ottimali per ciascun sistema ottico\/sorgente. Le tipologie di sorgenti<\/strong> utilizzate sono: CO2<\/sub>, UV e Fibra (Pico con burst mode). Le misure realizzate e le immagini catturate, sono state ottenute con l\u2019utilizzo di un microscopio panfocale 4k Microscope, il quale consente di visualizzare il profilo tridimensionale della marcatura con livelli di zoom che vanno da un minimo di 20x ad un massimo di 2500x.<\/p>\n\n\n\n

      Risultati sperimentali CO2<\/sub><\/h4>\n\n\n\n

      Nel caso della sorgente CO2<\/sub>, si ottiene una marcatura caratterizzata in generale da una bassa definizione<\/strong> e alta rugosit\u00e0<\/strong> (Ra=6um ed Rz=24um). In particolare, si osserva che i dettagli dei tratti di dimensioni minori sono poco visibili, per cui questa tipologia di sorgente non \u00e8 consigliata per la realizzazione di marcature aventi dettagli piccoli e minuziosi. Questo risultato \u00e8 causato da una maggiore dimensione dello spot del laser e dalla granulometria sulla superficie lavorata che presenta grani di grandi dimensioni (di circa 11.500 um2<\/sup>). Inoltre, proprio a causa delle ampie dimensioni di spot e grani, non \u00e8 possibile realizzare marcature interne al materiale. Tuttavia, questo tipo di marcatura ha il vantaggio di presentare: ampi campo di lavoro e profondit\u00e0 di campo e ridotto marking time.<\/p>\n\n\n\n

      Risultati sperimentali UV<\/h4>\n\n\n\n

      Nel caso della sorgente UV, si ottiene una marcatura caratterizzata in generale da una buona definizione<\/strong> e alta rugosit\u00e0<\/strong> (Ra=6um ed Rz=26um). In particolare, si osserva che i dettagli dei tratti di dimensioni minori sono ben visibili, per cui questa tipologia di sorgente pu\u00f2 essere utilizzata per la realizzazione di marcature aventi dettagli piccoli e minuziosi. Questo risultato \u00e8 reso possibile grazie ad una inferiore dimensione dello spot del laser e dalla uniformit\u00e0 della granulometria presente sulla superficie lavorata. Essendo elevata la reattivit\u00e0 del materiale con questa tipologia della sorgente, si osserva in genere una maggiore profondit\u00e0 del profilo marcato (nei test fino a 66um). Inoltre, con questa tipologia di sorgente \u00e8 possibile realizzare marcature interne al materiale, le quali risultano essere ben definite e uniformi. Inoltre tipo di marcatura ha il vantaggio di presentare: ampi campo di lavoro e profondit\u00e0 di campo.<\/p>\n\n\n\n

      Risultati sperimentali Pico Burst<\/h4>\n\n\n\n

      Nel caso della sorgente Fibra con impulsi al picosecondo, si ottiene una marcatura caratterizzata in generale da una alta definizione<\/strong> e bassa rugosit\u00e0<\/strong> (Ra=2um ed Rz=12um). In particolare, si osserva che i dettagli dei tratti di dimensioni minori sono ottimamente visibili, per cui questa tipologia di sorgente \u00e8 consigliata per la realizzazione di marcature aventi dettagli piccoli e minuziosi. Questo risultato \u00e8 reso possibile grazie a una bassa dimensione dello spot del laser, dal basso tempo di contatto con il materiale e dalla uniformit\u00e0 della granulometria presente sulla superficie lavorata, le cui dimensioni si attestano attorno ai 60 um2<\/sup>. Essendo l\u2019impulso dell\u2019ordine dei picosecondi, tutta l\u2019energia \u00e8 utilizzata per lavorare la superficie, limitando le dissipazioni in calore all\u2019interno del materiale. Per questo motivo, la profondit\u00e0 del profilo \u00e8 bassa (10um), limitandosi alla superficie lavorata. Inoltre, grazie alla funzionalit\u00e0 burst di cui questa tipologia di sorgente \u00e8 dotata, \u00e8 possibile realizzare marcature interne al materiale in due tonalit\u00e0 cromatiche (chiara e scura), le quali risultano essere in entrambi i casi ben definite e uniformi. Inoltre tipo di marcatura ha lo svantaggio di presentare: ridotti campo di lavoro e profondit\u00e0 di campo.<\/p>\n\n\n\n

      di Santo Mario Esposito e Ciro Tucci<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      Diffuso in numerosi settori applicativi, il vetro \u00e8 un materiale la cui marcatura pone diverse sfide tecnologiche. 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