{"id":3698,"date":"2024-05-22T08:31:12","date_gmt":"2024-05-22T08:31:12","guid":{"rendered":"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/?p=3698"},"modified":"2025-07-11T07:50:43","modified_gmt":"2025-07-11T07:50:43","slug":"laser-cleaving-femtosecondi-acal-bfi-fluence","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/laser-cleaving-femtosecondi-acal-bfi-fluence\/","title":{"rendered":"Femtosecond laser cleaving di vetro e polimeri"},"content":{"rendered":"\n

I laser ultraveloci trovano impiego nelle lavorazioni di precisione ed alta qualit\u00e0 di vetro e polimeri garantendo ottimi tempi di processo senza che la composizione chimica del materiale venga alterata. approfondiamo come Acal Bfi Italy <\/a><\/strong>e il Fluence Ultrafast Laser Application Laboratory (ULAL)<\/a><\/strong> abbiano indagato la possibilit\u00e0 di scindere vetri e polimeri utilizzando una sorgente laser a femtosecondi ad alta potenza e controllando le micro-fratture all\u2019interno del materiale, generando linee di materiale indebolito tramite beam-shaping e variando la durata degli impulsi laser.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Micro-machining di materiali vetrosi e polimeri sensibili al calore, con bassa conducibilit\u00e0 termica, richiedono laser da impulsi ultracorti<\/a><\/em> e repetition rate ridotte per minimizzare il trasferimento termico e limitare quanto possibile la zona affetta dal calore. Il taglio di campioni polimerici di un certo spessore \u00e8 critico e complesso in quanto, molto frequentemente, viene richiesta una ridefi nizione del contorno che rallenta e allunga i tempi di processo e determina accumuli di calore, che imitano la qualit\u00e0 della lavorazione.
L\u2019utilizzo di impulsi ultra-corti focalizzati in maniera adeguata permettono un nuovo approccio tecnologico per le lavorazioni di vetri e diff erenti polimeri, anche di spessori signifi cativi ottenendo ottimi tempi di processo. I fasci adeguatamente focalizzati determinano una trascurabile zona di eff etto termico (heat affected zone, HAZ), un kerf ridotto a pochi microns e una mancanza di conicit\u00e0 nella sezione, fattori di essenziale vantaggio nelle lavorazioni di campioni polimerici, per applicazioni ottiche e dispositivi medicali dove la composizione chimica del materiale non pu\u00f2 essere alterata durante il processo.
I processi di microlavorazioni con fasci laser ultrafast hanno trovato svariate applicazioni e implementazioni negli ultimi anni. La principale applicazione e relativo mercato di riferimento \u00e8 il taglio del vetro nella realizzazione di elettronica di consumo<\/p>\n\n\n\n

Cos\u2019\u00e8 il laser cleaving e quando applicarlo<\/h2>\n\n\n\n

Il principio del laser cleaving si basa sulla generazione di microfratture controllate nel materiale, che ne causano la separazione tramite l\u2019applicazione di una forza meccanica o dello stress termico. Paragonato al processo di ablazione, il processo di laser cleaving con laser ai femtosecondi accelera la velocit\u00e0 di processo, riduce il kerf e determina una separazione netta, senza conicit\u00e0 tra la zona aff etta termicamente e quella non aff etta termicamente ed \u00e8 particolarmente vantaggioso per i polimeri di grado medico e i prodotti in cui \u00e8 richiesta alta qualit\u00e0 di lavorazione.
Un\u2019interessante applicazione del cleaving polimerico riguarda i dispositivi medicali, in cui il materiale entra in contatto diretto con il corpo del paziente: una lavorazione di alta qualit\u00e0 priva di HAZ garantisce migliori biocompatibilit\u00e0 e prestazioni complessive dell\u2019impianto.<\/p>\n\n\n\n

L\u2019esperienza di ULAL nel laser cleaving<\/h2>\n\n\n
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JASPER X0, laser ai fs compatto, stabile e immune a shock e vibrazioni grazie alla tecnologia \u201ctruly all-fiber\u201d con cui \u00e8 realizzato.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Il Fluence Ultrafast Laser Application Laboratory (ULAL) ha indagato la possibilit\u00e0 di scindere vetri e polimeri utilizzando una sorgente laser a femtosecondi ad alta potenza e controllando le micro-fratture all\u2019interno del materiale, generando linee di materiale indebolito tramite beam-shaping e variando la durata degli impulsi laser. ULAL \u00e8 un laboratorio equipaggiato con stazioni di micro-machining di altissima qualit\u00e0 con posizionatori, teste galvanometriche e ottiche per il beam shaping, per sviluppare e testare processi e tecnologie nell\u2019ambito dell\u2019elettronica di consumo e dei dispositivi medici. Il cuore del ULAL sono i laser Jasper, laser
prodotti da Fluence Technology, azienda polacca la cui attivit\u00e0 di R&D \u00e8 nata nel 2003 e che realizza laser a femtosecondi eccezionalmente stabili e immuni a shock e vibrazioni, avendo sviluppato una tecnologia truly all-fiber, che consiste nell\u2019utilizzo di soli componenti in fibra, SESAM-free, nell\u2019oscillatore.
I laser Jasper sono disponibili in diff erenti taglie, fino a 60W di potenza media @ 1060nm, impulsi da 250fs a 8ps, reprate fi no a 20MHz e disponibili nelle armoniche successive.
ULAL ha identifi cato come sorgente adatta per il laser cleaving di vetro e polimeri la sorgente Jasper X0 di FLUENCE Technology, laser che emette 20W di potenza media @ 1060nm, con un impulso da 100uJ in regime di single pulse, durata dell\u2019impulso tunabile da 250fs a 8ps e identifi cando come repetition rate ottimale il valore di 200kHz. \u00c8 stato impiegato un modulo ottico per la generazione di un fuoco allungato di qualche mm, con un esteso DoF che insieme all\u2019utilizzo di stage lineari con una accuratezza di posizionamento di +\/- 1 \u03bcm ha permesso di ottenere l\u2019alta precisione di processo necessaria per la lavorazione di materiali delicati, come il vetro e i polimeri termicamente sensibili. Sono state effettuate differenti prove, conducendo prove su diff erenti materiali e spessori e variando la durata degli impulsi. \u00c8 stata analizzata la relazione tra le micro-fratture e la durata degli impulsi della sorgente laser. In tutti i campioni, la frattura meccanica pi\u00f9 semplice \u00e8 stata ottenuta con impulsi pi\u00f9 brevi, attorno ai 250 fs; con impulsi dell\u2019ordine dei picosecondi la rottura dei campioni era quasi impossibile. Per indagare il motivo di questa relazione, sono state eseguite delle dettagliate analisi al SEM. Impulsi da 250fs inducono delle modifi che pi\u00f9 signifi cative nel materiale: si notano infatti zone che indicano una forte compressione del materiale, come risultato dell\u2019espansione del materiale ionizzato. Le nanostrutture periodiche visibili perpendicolari alla direzione di propagazione del fascio laser indicano gli effetti ottici non lineari, che possono causare ulteriori difetti del materiale. Le modifi che indotte da impulsi ai fs sono pi\u00f9 ampie rispetto a quelle generate dagli impulsi ai ps. Queste analisi suggeriscono che impulsi pi\u00f9 brevi causano maggiori danni al materiale, lasciando stress in queste regioni che permettono la generazione delle micro-fratture.
Il vantaggio dell\u2019utilizzo di impulsi laser dell\u2019ordine del femtosecondo pu\u00f2 essere evidenziato anche nel caso del taglio del vetro ultrasottile (UTG), dove ULAL ha dimostrato un\u2019eccezionale qualit\u00e0 dei bordi con rugosit\u00e0 inferiore a 100 nm, \u00e8 possibile piegare lastre di vetro spesse 30 o 50 \u03bcm, direttamente dopo il processo laser. Anche campioni di vetro pi\u00f9 spessi possono essere lavorati con un singolo passaggio laser, raggiungendo ottime velocit\u00e0 di processo. Ad esempio, ULAL ha tagliato vetro borosilicato BK7 di 1,1 mm di spessore alla velocit\u00e0 di 1 m\/s con solo un sistema laser da 20 W, lasciando la qualit\u00e0 del bordo ben oltre le aspettative; la rugosit\u00e0 tipica ottenuta \u00e8 inferiore a 0,5 \u03bcm e non \u00e8 presente alcuna scheggiatura dei bordi.
La velocit\u00e0 di scansione tipica per la scissione a passaggio singolo di materiali fino a 1,1 mm di spessore varia tra 400 mm\/s, per polimeri amorfi pi\u00f9 elastici e 2 m\/s per polimeri semicristallini con maggiore fragilit\u00e0. La velocit\u00e0 massima del processo dipende quindi dalla durata dell\u2019impulso e dalla fragilit\u00e0 del materiale, per il vetro con spessore superiore a 1,0 mm la velocit\u00e0 \u00e8 generalmente di 1 m\/s. Sono stati analizzati i bordi dei campioni lavorati che risultano essere
privi di zone alterate dal calore (HAZ). Questa caratteristica \u00e8 stata osservata sia su lavorazioni di linee rette sia su lavorazioni di varie geometrie e sia in passaggi singoli che multipli.<\/p>\n\n\n

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Varie geometrie di cleaving di materiali polimerici<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Il laser a femtosecondi, una soluzione ideale per vetri e polimeri<\/h2>\n\n\n\n

ULAL ha quindi dimostrato come il taglio laser a femtosecondi sia un processo non invasivo che consente di ottenere risultati qualitativamente eccellenti e buone velocit\u00e0 di processo, in materiali critici come vetro e polimeri. Queste caratteristiche di processo sono fondamentali in applicazioni come gli schermi dei prodotti elettronici di consumo, dove anche le pi\u00f9 piccole crepe possono comprometterne la durabilit\u00e0 o nel campo dei polimeri medici, utilizzati, ad esempio, per la realizzazione degli stents cardiovascolari, dove anche lievi alterazioni nella composizione chimica possono produrre effetti negativi significativi sul corpo umano. Grazie all\u2019ampia gamma di spessori coperti, alla qualit\u00e0 eccezionale raggiunta senza post-processing e all\u2019alta velocit\u00e0, questa tecnica basata sul laser a femtosecondi pu\u00f2 essere applicata in molti settori di mercato dalla produzione di display ed elettronica di consumo, fi no ai produttori di vetro per apparecchiature edili o di refrigerazione.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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