Taglio a freddo delicato: il laser a impulsi ultracorti

Altissima potenza con tempi di applicazione brevissimi: con questa combinazione il laser a impulsi ultracorti ha aperto da alcuni anni nuove possibilità applicative nell’industria e nella medicina. Il salone internazionale Laser World Of Photonics, dal 13 al 16 maggio 2013 nel Centro Fieristico di Monaco di Baviera, mostrerà come gli impulsi diventano sempre più piccoli, ma le prestazioni aumentano.Le potenzialità del laser affascinano gli utilizzatori da quando è stato scoperto: un fascio di energia estremamente preciso e potente, adatto anche a lavorazioni microscopiche. Il problema è che il calore distrugge e danneggia materiali e tessuti in misura non sempre accettabile, limitando le applicazioni… almeno fino a quando non è arrivato il laser a impulsi ultracorti. Questi laser colpiscono il bersaglio con impulsi della durata di pochi picosecondi, asportando o tagliando il materiale prima che si generi calore a danno del materiale stesso.

Impulsi più brevi per prestazioni medie più elevate

Attualmente il mercato punta a un incremento delle potenze medie allo scopo di ottimizzare ulteriormente la produttività e l’efficienza dei costi. La seconda direttrice di sviluppo è rappresentata da laser con impulsi sempre più brevi adatti a impieghi industriali, per estendere la lavorazione a freddo a materiali sempre più delicati e sensibili. Per il Dott. Arnold Gillner, responsabile del settore asportazione e taglio del Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), si va verso potenze medie più elevate nell’ambito dei 500 W. «L’istituto Fraunhofer-ILT ha già effettuato prove su un laser a femtosecondi da 1 kW,» dice Gillner, che affiancherà Siebert nella conduzione della tavola rotonda sui laser a impulsi ultracorti. Per lo scienziato, la domanda principale è «come si applicano sul pezzo lavorato le potenze elevate del laser a impulsi ultracorti per ottenere una qualità di asportazione eccellente». In fiera, il Fraunhofer-ILT presenterà due metodologie: uno scanner ultraveloce con velocità di deflessione del fascio superiori a 300 m/s e un sistema ottico a fasci multipli per la parallelizzazione della lavorazione con ordini di grandezza almeno due volte superiori. Oltre alla fattibilità tecnica, un ruolo fondamentale negli sviluppi più recenti spetta naturalmente ai costi. Fra i vari obiettivi, gli esperti di Jenoptik indicano per esempio la necessità di compensare i costi maggiori dei laser a femtosecondi con potenze superiori e il corrispondente incremento di produttività. Per quanto riguarda la stabilità della potenza, i laser a femtosecondi offrono «anche nell’esercizio 24×7 in ambito industriale ottimi risultati applicativi», si sottolinea. Jenoptik, con il laser a femtosecondi D2.fs, ha aumentato la frequenza di ripetizione degli impulsi a oltre 500 kHz e la potenza in uscita del 25 percento. Inoltre, l’azienda ha completato l’offerta con una nuova serie di obiettivi al quarzo per potenze elevate.

Taglio di materiali compositi senza delaminazione

Fra i settori nei quali il laser a impulsi ultracorti può esprimere al meglio le sue potenzialità, il Dott. Gyu C. Cho, Executive Vice President di IMRA, pioniera del laser a fibra, cita la microlavorazione di materiali trasparenti oppure molto duri e fragili. Il Dott. Cho vede anche nuove possibilità nel taglio dei compositi, che con i laser classici o altri metodi di lavorazione sono soggetti a bruciature o delaminazioni lungo i bordi. Per le diverse applicazioni, IMRA propone laser a femtosecondi con una potenza media fino a 20 W ed energia pulsata a 50 microjoule. Fra i settori che per primi potranno beneficiare in misura rilevante dei laser a impulsi ultracorti, il Dott. Cho cita la produzione di display, l’industria dei semiconduttori e la microelettronica. In questi ambiti, gli impulsi ultracorti possono essere applicati sul vetro e sui materiali fragili nei modi più svariati, per esempio nella lavorazione degli schermi sempre più duri e sottili per gli smartphone. «I laser a picosecondi come TruMicro Serie 5000 sono ottimi per il taglio del vetro, perché evitano le microfratture che si producono con le seghe diamantate o anche con i laser continui o a impulsi lunghi,» spiega l’esperto di Trumpf, Christof Siebert.

Impulsi ultracorti in primo piano anche nella medicina

La nuova tecnologia offre grandi vantaggi anche nel campo medico e medicale. In medicina, «l’impiego più importante dei laser a impulsi ultracorti è certamente la chirurgia laser rifrattiva della cataratta (LCRS),» come spiega il Dott. Matthias Schulze, direttore marketing di Coherent. Negli ultimi due anni è stata questa l’applicazione del laser in medicina che ha registrato il maggiore tasso di crescita. La tecnica di intervento assicura «una vista ancora migliore rispetto alla sostituzione della lente intraoculare durante un’operazione di cataratta,» sottolinea Schulze. L’occhio viene infatti preparato meglio all’applicazione di lenti intraoculari «premium», con le quali si può correggere l’astigmatismo grazie a tagli mirati del vetro. Guardando al futuro, dice Schulze, «i laser compatti consentiranno di produrre postazioni di trattamento ancora più piccole, mentre le frequenze di pulsazione elevate accorceranno ulteriormente i tempi degli interventi.»

Tecnologia con vantaggi ancora poco conosciuti

I laser a impulsi ultracorti si trovano soprattutto in laboratori scientifici e ambienti di ricerca e sviluppo. «Solo i laser a picosecondi hanno già qualche applicazione degna di nota in ambito commerciale,» dice il direttore generale di LOTSE, Dott. Josef Gochermann. Il motivo principale è la mancanza d’informazioni: «I potenziali utenti futuri delle tecnologie a impulsi ultracorti sanno troppo poco sulle possibili applicazioni e sui benefici che si possono attendere nel loro settore specifico,» afferma Gochermann.

 

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