Appunti di Studio del Prodotto e del Processo

ALTA PENETRAZIONE

Anche detta in keyhole o per vaporizzazione la densità di potenza del fascio laser è maggiore ed è sufficiente avaporizzare il materiale.

Nell'alta penetrazione essendo la potenza maggiore, il laser crea un foro di sfondamento (keyhole), dove si ha del vapore di metallo in pressione, la fuoriuscita del vapore viene impedita dai gas d'assistenza, via via che lo spot laser avanza è il gas d'assistenza che fa si che la sacca di vapore metallico si risolidifichi. Nonostante le pareti del keyhole siano allo stato liquido queste non collassano grazie alla pressione del vapore contenuto al suo interno, il quale richiude il foro soldificandosi dopo che il laser si è allontanato.

In questa tecnica è fondamentale non sfondare completamente la superficie da tagliare, si ha sennò una perdita di materiale che tende ad uscire dal basso, che provoca delle superfici non completamente piene. Quando invece non si sfonda

La qualità della superficie tende ad essere peggiore, perché si ha del materiale che fluisce fuori e cambia anche la zona termicamente alterata.

SORGENTI SALDATURA

Per la saldatura si usano sorgenti a bassa qualità del fascio, non è infatti necessario avere delle dimensioni dello spot troppo piccole. Anche le potenze utilizzate sono limitate.

Si usa sia sorgenti gassose CO2 che solide Nd-YAG, però viene preferita quella solida in quanto è una sorgente più versatile e perché le potenze richieste per la saldatura sono basse (la CO2 è la sorgente principale per il taglio).

Nota: il vantaggio di utilizzare le sorgenti solide è che si può utilizzare la fibra ottica per direzionare il fascio, questa oltre a consentire una maggiore mobilità riduce le dimensioni della macchina (non c'è bisogno di un sistema di specchi!).

TEMPRA LASER

Riscaldamento localizzato del componente che poi viene raffreddato o con...

corrente d'aria o con immersioneSi ha unin acqua.Le soregenti per tempra laser sono quelle che usano lo spot laser più defocalizzato (diametro spot molto ampio).Infatti in questo caso si deve evitare che il pezzo sia riascaldato troppo, perché non si devono provocare fusioni oalterazioni della geometria, per questo motivo le dimensioni di fuoco sono molto ampie.L'irradianza del laser, cioè, deve essere tale da riscaldare il materiale senza farlo fondere!Si usano sorgenti a bassa potenza con fascio molto defocalizzato in modo da avere spot di grandi dimensioni. La densitàdi potenza deve essere tala da riscaldare il materiale ma non da fonderlo.L'obiettivo è di avere una irradianza quanto più costante all'interno dello spot (si vuole irradianza uniforme per avereun riscaldamento omogeneo).Per aumentare coeff di assorbimento delle superfici metalli è necessario prevedere un pretrattamento ricoprente(graffite,

Vantaggio della tempera laser è che si riescono a temprare componenti con difficile accessibilità, rispetto alla tempra tradizionale si riescono a temprare anche parti localizzate del pezzo, molto più piccole e poco accessibili.

La tempra laser si sta affermando proprio per questo motivo nelle applicazioni dove è richiesta una tempra localizzata, ad esempio nelle ruote dentate: dove si vuole temprare la superficie del dente lasciando il cuore della ruota inalterato.

MARCATURA LASER

Si usano sorgenti a bassissima potenza, il fascio è indirizzato nella zona di lavoro grazie a specchi galvanometrici (specchi molto leggeri che possono essere movimentati velocemente). Il sistema di focalizzazione finale definisce la profondità.

Si hanno essenzialmente due specchi a 90° per indirizzare il fascio e un sistema ottico di focalizzazione che si sposta in avanti e indietro per definire la profondità.

Nella marcatura si va ad asportare una zona

Molto piccola di materiale per realizzare incisioni o scritte. Le macchine sono molto più semplici ed hanno dimensioni più ridotte perché le potenze sono basse. Si usano sia sorgenti solide che gassose.

TAGLIO PLASMA

Differenza con il laser

Il plasma sfrutta delle potenze maggiori del laser ma ha un tasso d'asportazioni più grande, e costa meno del laser, però ha il difetto di avere una precisione molto inferiore rispetto al laser.

Funzionamento

Il taglio plasma è un processo termico, però non sfrutta la luce ma il 4° stato di aggregazione della materiale per effettuare il taglio. Cioè utiliza un gas ad elevatissima temperatura (20-30 * 10 °C), cioè un gas a così elevata energia che gli elettroni vengono ionizzati. Questo gas viene creato all'interno della torcia, dove grazie all'elevata temperatura acquisisce una pressione molto elevata, che lo fa uscire velocemente andando ad urtare il pezzo.

Gli elettroni che plasma gli scarica si tagliano bene i metalli, mentre per i non metalli si hanno più difficoltà. Esiste la possibilità di utilizzare torce ad arco riportato/trasferito, cioè l'arco plasma scocca fra l'elettrodo interno e la superficie finale dell'ugello, dopodiché essendo un gas tende a continuare per la sua traiettoria verso il materiale sottostante. Tuttavia, in questo caso, la giusta direzionalità del taglio non è garantita, anche perché trattandosi in sostanza di un trasferimento di elettroni risente della presenza di campi magnetici. Come per la saldatura, anche nel taglio plasma c'è il problema del soffio magnetico: la presenza di campi magnetici altera la direzione del plasma. La minor precisione del plasma è dovuta al fatto che non può essere focalizzato come il laser, cioè nel percorso che fa dall'ugello al pezzo è "libero" pertanto avrà una

certa divergenza essendo un gas estremamente caldo. A causa di ciò l'ugello deve stare a una distanza molto ridotta dalla superficie di taglio, più aumenta la distanza dell'ugello dalla superficie più aumenta l'effetto della divergenza del gas (più è ampia la zona di materiale tagliato). Inoltre il plasma crea un taglio caratterizzato da una forma a "cono divergente" perciò è quasi impossibile realizzare pareti di taglio perfettamente verticali come nel laser. - HDP high definition plasma è una tecnologia messa a punto per rendere più sottile il fascio del plasma. Si tratta di un metodo più complesso dove si crea un effetto vortice: cioè al flusso di gas plasma viene impresso un certo swirl (rotazione) in modo che la vorticità lo concentri in punto specifico. Questo è un fenomeno non stazionario difficile da controllare però in qualche modo consente di focalizzare

Il plasma in una zona specifica (come nel laser si ha prima un cono di convergenza poi un cono di divergenza più accentuato). Anche in questo caso vengono utilizzati gas di protezione.

Nel taglio plasma le superfici che si ottengono sono molto peggiori rispetto a quelle ottenute col laser. Infatti la superficie di taglio non ha delle pareti verticali ma tende ad avere un andamento conico; inoltre, nel caso di plasma la superficie risente del punto di innesco e quindi ha uno sviluppo a catenaria dovuto alla divergenza del gas.

Nel plasma un grosso problema sono le emissioni sia sonore che emissioni di luce ultravioletta che sono molto importanti. Per ridurre questi problemi, soprattutto le macchine che lavorano con taglio continuo, spesso questa lavorazione viene eseguita all'interno di una vasca con 4-5cm di acqua sopra il pezzo.

Realizzare un taglio sott'acqua ha lo scopo di ridurre questi problemi e di raffreddare subito il pezzo in modo da proteggerlo da shock.

termici eccessivi. Tuttavia lavorando sott'acqua si ha un grosso problema di ossidazione delle superfici lavorate, pertanto gli acciai non possono essere tagliati in questo modo.

I tagli subacquei vengono realizzati solo su materiali che non risentono dell'ossidazione come alluminio, titanio….

Per la realizzazione di superfici perfettamente verticali si deve sacrificare una parte di materiale, cioè si va ad inclinare la sorgente plasma in modo tale che il cono di asportazione non sia verticale ma inclinato dalla parte opposta della superficie che si vuole verticale: così un lembo è perfettamente verticale mentre l'altro è inclinato.

Chiaramente una delle pareti è sacrificabile.

DIMENSIONI FEATURES: dimensioni molto piccole sono più problematiche nel plasma rispetto al laser a causa dell'elevata temperatura che si sviluppa, quindi features molto piccole bruciano in pochi minuti l'ugello perché dovrebbe sostare.