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Laserline blue: la nuova dimensione della lavorazione dei materiali

La sfida

Il ridotto assorbimento di energia di metalli ad alta riflessione come il rame o l’oro nella gamma della lunghezza d’onda di 1000 nm rappresenta una grande sfida per i laser a infrarossi standard. Le alte intensità di emissione necessarie comportano processi spesso caratterizzati da bagni di massa fusa turbolenti e spruzzi. Questi fattori sono critici per la lavorazione di componenti elettrici.

La soluzione

La serie di laser a diodi blu ad alte prestazioni di Laserline ottimizza la lavorazione del rame, dell’oro e delle rispettive leghe in modo molteplice. Con una lunghezza d’onda di circa 445 nm sono le sorgenti di raggi laser ideali per la lavorazione laser di metalli ad alta riflessione. L’assorbimento notevolmente più alto consente intensità decisamente inferiori e spot laser più grandi.

Efficienza tramite luce laser blu

Il laser a diodi blu rivoluziona la lavorazione di rame, oro e altri metalli ad alta riflessione sotto molti punti di vista. La generazione di luce laser blu cw di fino a 4 kW direttamente dal diodo nella gamma della lunghezza d’onda di 445 nm è unica per i laser industriali e fa in modo che non sia necessario ricorrere a complesse e inefficienti conversioni della lunghezza d’onda. Contemporaneamente l’assorbimento e quindi l’efficienza del processo aumentano notevolmente rispetto ai laser IR. La deposizione di energia con comando di precisione del laser a diodi consente la fusione del rame senza evaporazione garantendo una stabilità del bagno di massa fusa finora irraggiungibile. Ciò apre nuove possibilità di applicazione come ad esempio la saldatura a conduzione termica di fogli di rame sottili o processi di saldatura senza spruzzi di connettori elettrici.

Esempi applicativi con laser a diodi blu

La saldatura di hairpin

2,9 kW | Single Pin 9,9 mm²

Saldatura di hairpin | 9,9 mm2 (hairpin singolo)

  • Processo semplice e stabile
  • Elevato assorbimento e grandi spot
  • Non soggetto a buchi, disallineamenti e alle tolleranze dei componenti
  • Brevi tempi di processo tramite formazione immediata del bagno di massa fusa

Produzione additiva con rame e le sue leghe

  • Velocità di montaggio minimo 5 volte superiore a quella dei laser IR
  • Processo stabile per la produzione additiva con rame puro e le sue leghe
  • Efficienza del processo di circa il 20% superiore per l’acciaio inossidabile e le leghe di nichel e cobalto

Rendimento polvere: >80%

Composizione: materiale sfuso di rame puro

Densità: >99,8%

Supportato da DMG MORI Ultrasonic Lasertec GmbH

Irradiazione subacquea con laser a diodi blu

  • La lunghezza d’onda blu si propaga alla perfezione in acqua
  • L’irradiazione subacquea con laser consente una serie di processi termici e biochimici
  • Un esempio è la rimozione di vegetazione ostinata da superfici marittime
  • Il processo di pulizia con laser blu è più delicato, ecologico ed efficienze rispetto al processo convenzionale
  • La luce laser blu di un Laserline LDMblue danneggia le cellule
  • Lo scopo è di danneggiare i microrganismi marini insediatisi cosicché la vegetazione venga portata via dalla corrente

Fonte fotografica: LZH

Processo laser ibrido: Blue + NIR

La combinazione dei raggi laser blu dell’LDMblue con un laser con gamma della lunghezza d’onda a infrarossi permette processi di saldatura di profondità molto stabili e pressoché senza spruzzi. Il laser blu stabilizza il processo anche in caso di saldature in profondità. Il laser NIR fornisce l’energia aggiuntiva. Laserline ha sviluppato allo scopo speciali ottiche ibride che combinano il raggio laser NIR e quello blu.

Scoprite di più nell’articolo del nostro Journal sulla saldatura di componenti in rame 

I vantaggi tecnici in breve

I laser a diodi blu si basano sulla tecnologia delle nostre famiglie di prodotti modulari, che da molti anni si sono affermate in ambito industriale. In questa classe di potenza i nostri laser blu offrono la luce laser visibile più compatta.

  • Fino a 4.000 W di potenza laser (CW) con una lunghezza d’onda di circa 445 nm
  • Scanner o ottiche fisse per una guida ottimale del raggio
  • Assorbimento ottimizzato in caso di metalli ad alta riflessione
  • Architettura di sistema collaudata nella pratica
  • Processo molto stabile con bagno di massa fusa tranquillo
  • Doppio deviatore laser (opzione)

Panoramica dei laser a diodi blu Laserline

Potenza laser
max.*
400 W800 W1.800 W2.000 W1.500 W3.000 W4.000 W
Qualità del raggio20 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad60 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad30mm.mrad 
 Altre potenze e qualità del raggio specifiche per il processo disponibili
Fibra ottica400 µm [NA 0,1]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,2]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]
Lunghezza fibraLunghezza fibra fino a 20 m
Stabilità della
potenza
< ± 2% per 2 ore
Gamma
della lunghezza d’onda
445 nm ± 20 nm
Serie di prodottiLDMblueLDFblue

*Il dato sulla potenza si riferisce a una lunghezza fibra di 5 m.

 

Impiego di laser blu nell’industria – Gli inizi

I primi laser a diodi blu furono disponibili nel 2018. Nell’arco di tre anni, grazie agli incentivi dell’iniziativa EffiLAS del Ministero Federale tedesco per l’Istruzione e la Ricerca (BMBF) per lo sviluppo di sorgenti di raggi laser efficienti ad alte prestazioni, fu costruito un laser a diodi blu nell’ordine del chilowatt e ottimizzato per la lavorazione dei materiali. Questo sviluppo unico al mondo consente un nuovo segmento nella tecnica laser: la lavorazione di materiali con raggi laser nella gamma della lunghezza d’onda visibile.

In molte applicazioni industriali i laser a infrarossi raggiungono risultati eccellenti. Tuttavia, per la lavorazione di materiali non ferrosi, in particolare del rame, i raggi a infrarossi sono meno idonei. Un motivo essenziale è che i metalli non ferrosi assorbono meno i raggi laser in questa gamma della lunghezza d’onda. Ciò rende spesso i processi instabili causando errori di saldatura e quindi scarti nella produzione. Per ottenere un assorbimento maggiore, è ideale l’uso delle lunghezze d’onda corte della luce blu con 450 nm. L’assorbimento decisamente superiore consente di ottenere risultati di saldatura di alta qualità e uniformi nella lavorazione laser del rame. Con la disponibilità dei raggi laser blu si rendono possibili nuovi campi di applicazione nella lavorazione laser dei metalli non ferrosi come il rame o l’oro, ma anche per la giunzione di materiali diversi. Un nuovo potenziale per l’utilizzo del laser blu nella produzione può essere osservato in particolare nel settore delle energie rinnovabili e delle trazioni alternative. Ad esempio, nella produzione di auto elettriche vengono lavorati circa otto chili in più di rame rispetto alla produzione di autovetture con motore a combustione interna. Un valore piccolo che però a livello complessivo offre tantissime possibilità d’impiego per i laser blu. Un altro esempio è la produzione di batterie in cui parti di rame di dieci micrometri di spessore vengono unite tra loro o combinate con altri materiali. Ciò è reso possibile per la prima volta dall’uso di laser a diodi ad alte prestazioni con lo spettro di luce blu.

Molto più rame è necessario per la produzione di impianti eolici. In grandi impianti eolici offshore vengono utilizzati fino a 30 tonnellate di rame – anche in questo caso in futuro è pensabile l’uso del laser. Grazie all’elevata qualità del cordone, il processo è ideale anche per applicazioni nell’elettrotecnica – in particolare per la produzione di componenti dell’elettronica di potenza per i quali i punti di giunzione devono essere particolarmente resistenti alla temperatura.

Oltre alle applicazioni dell’elettronica, con la nuova lunghezza d’onda il laser blu consente anche la lavorazione dell’oro rendendo possibili nuove applicazioni nella produzione di gioielli. Con l’avanzare dello sviluppo tecnico nel prossimo futuro ci aspettiamo che si aggiungeranno tanti altri campi applicativi e che le innovazioni tecnologiche connesse ai laser a diodi ad alte prestazioni nella nuova gamma della lunghezza d’onda per la produzione industriale continueranno ad emergere in rapida successione.