Avanzate testine per diodi laser
Il termine "laser" è l'acronimo di "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (amplificazione della luce tramite l'emissione stimolata di radiazioni). L'ampio utilizzo dei laser è dovuto, innanzitutto, alla loro capacità di adattarsi a svariati campi di applicazione, dalle comunicazioni, alla fotografia, fino alla medicina, e di consentire l'evaporazione dei materiali a livello atomico. Nell'ambito dei processi produttivi, vengono impiegate svariate tipologie di laser, tuttavia le più comuni sono il laser CO2 (gassoso) e l'Nd:YAG (allo stato solido), i cui nomi derivano dalla molecola o dall'atomo che genera la luce laser. I laser possono essere utilizzati per la saldatura, il taglio, la perforazione, nonché la fusione, la placcatura e la trasformazione delle superfici mediante indurimento. La placcatura al laser implica la fusione di un elemento di lega al fine di produrre una superficie legata metallurgicamente, dotata di proprietà potenziate in termini di resistenza all'usura, all'attrito e/o alla corrosione. Il processo di deposizione prevede la spruzzatura di un materiale di rivestimento (in polvere o filo metallico) sulla superficie del componente da ricoprire, colpita dal fascio laser. La polvere ed un sottile strato superficiale del materiale da rivestire vengono quindi riscaldati tramite raggio laser, affinché si "sciolgano" fino al punto di fondersi fra loro, formando un vero e proprio legame metallurgico tra il rivestimento e il materiale di base. La spruzzatura della polvere avviene mediante ugelli coassiali o fuori asse (off-axial). Impiegando quest'ultimo tipo di ugelli, un gruppo di istituti e di centri di ricerca industriale ha messo a punto un sistema ottimizzato di distribuzione della polvere per il processo di placcatura al laser. Un'importante caratteristica di questo dispositivo di alimentazione è costituita dal sistema integrato di controllo e misurazione in tempo reale della velocità di alimentazione. Il principio di misurazione si basa sulla registrazione continua del peso dell'alimentatore della polvere durante tutto il processo di alimentazione, grazie ad una speciale bilancia incorporata nel dispositivo di alimentazione stesso. In questo modo, è possibile calcolare l'effettiva portata della massa di polvere in base alla perdita di peso per unità di tempo. Nell'ambito del progetto, è stato inoltre sviluppato e testato uno speciale ugello coassiale per la distribuzione della polvere. La realizzazione di questo ugello coassiale per placcatura da utilizzarsi con un laser YAG multi-kW accoppiato a fibra costituisce un importante progresso, poiché rispetto all'ugello coassiale per laser CO2, il tasso di accoppiamento energetico è ben due volte superiore. Inoltre, questo dispositivo garantisce un'efficienza della polvere superiore al 90 per cento, contro un massimo del 65 per cento offerto dall'ugello laterale, consentendo, pertanto, un risparmio sui costi. Quest'ugello coassiale, che permette di effettuare la placcatura multidirezionale, apre la strada a nuove applicazioni, come la riparazione di forme complesse. Nell'ambito del progetto, infine, sono stati sviluppati avanzati moduli di formatura del fascio per laser a diodo di media potenza. I diodi laser di potenza, relativamente recenti, costituiscono l'ultima generazione dei laser di potenza impiegati per la lavorazione dei materiali. I moduli progettati permettono l'ottimizzazione della forma del fascio in funzione delle specifiche di processo e dell'uso delle fibre ottiche, al fine di assicurare il monitoraggio in tempo reale dell'intera procedura di lavorazione.
