Miti sul laser: ciò che i produttori non sanno può danneggiare il processo

I laser vengono spesso utilizzati per unire applicazioni nella produzione automobilistica. Il monitoraggio del sistema laser aiuta a garantire processi di giunzione coerenti e di alta qualità.

L'applicazione di laser ad alta potenza sta diventando sempre più comune negli ambienti industriali, come la sinterizzazione nella produzione additiva, l'unione di componenti della carrozzeria nell'industria automobilistica e la foratura e il taglio di componenti aerospaziali. Man mano che vengono scoperte e sviluppate sempre più applicazioni di questi laser, sempre più produttori si rendono conto di quanto possano essere affidabili e ripetibili i sistemi laser industriali.

Come qualsiasi altra macchina utensile, le tecnologie che circondano il sistema laser hanno fatto notevoli progressi negli ultimi decenni. Tuttavia, esistono ancora molti miti che circondano l’impiego, il funzionamento e la manutenzione di un laser industriale. Separare la realtà dalla finzione è fondamentale per garantire un processo laser di alta qualità.

L'uso del laser come strumento industriale può essere fatto risalire quasi all'avvento del laser stesso. Il laser a CO2 era il cavallo di battaglia della produzione laser con la sua potenza pura, costi operativi relativamente economici e facilità di manutenzione. Centinaia di migliaia sono ancora in uso oggi.

Gli anni '80 hanno visto l'introduzione del laser a fibra come strumento industriale, che ha cambiato il panorama della produzione laser industriale. Il laser a fibra ha apportato numerosi vantaggi, come una maggiore efficienza del wall plug, una migliore qualità del raggio e una minore manutenzione, rispetto ai consolidati laser a CO2. Ma le prime generazioni di laser a fibra erano costose, non producevano la potenza necessaria per le applicazioni laser industriali ed erano difficili da mantenere. I produttori di laser a fibra hanno superato la maggior parte di questi ostacoli e ora forniscono sorgenti e sistemi più pratici.

Per quanto affidabili e di alta qualità siano diventati i sistemi laser di oggi, l'utente potrebbe essere tentato di trascurare il fatto che il sistema è ancora costituito da parti fisiche con proprietà fisiche. I sistemi laser comprendono componenti meccanici ed elettrici che si degradano o si guastano dopo un uso periodico. Quando questi laser vengono utilizzati in ambienti industriali difficili pieni di detriti di processo, il degrado e i guasti dei componenti si moltiplicano, con conseguente riduzione dell’efficienza e aumento dei costi operativi.

I progettisti di sistemi sono diventati creativi nella gestione dei detriti del processo. Tuttavia, senza misurare le prestazioni del sistema laser, l'utente non può comprendere tutti gli effetti del degrado dei componenti del sistema o come e quando agire per massimizzare l'efficienza del sistema.

I sistemi laser richiedono investimenti finanziari significativi per produrre parti nel modo più rapido ed efficiente possibile. La manutenzione periodica del sistema è necessaria, ma l'ovvio desiderio di massimizzare il ritorno sull'investimento (ROI) significa ridurre al minimo il tempo necessario per la manutenzione del sistema. Un sistema di misurazione delle prestazioni del laser può fornire una rapida indicazione delle prestazioni del laser e aiutare nello sviluppo di una routine di manutenzione del laser più completa.

Nelle applicazioni laser a CO2, quando un laser inizia ad allontanarsi dal processo ottimizzato, un utente del laser potrebbe essere tentato di aumentare la potenza per continuare a lavorare le parti senza affrontare il motivo per cui il laser sta perdendo efficienza. Ciò che potrebbe accadere è un aumento dell'effetto termico sul sistema laser causato da un'ottica invecchiata, danneggiata o contaminata, solitamente vicina al processo. L'effetto termico fa sì che il punto focalizzato si sposti verso l'alto, con conseguente diminuzione della densità di potenza.

La strumentazione per la profilatura del raggio consente agli utenti finali di ottimizzare i propri processi laser per ottenere un'irradianza precisa sufficiente per l'attività, ma non troppo intensa da surriscaldare, ad esempio, una saldatura e fornire risultati meno ottimali. Gli odierni strumenti di misurazione laser aiutano gli utenti a comprendere le prestazioni della propria luce laser e a ottimizzare il funzionamento e la manutenzione dei propri sistemi.

In una nota correlata, i produttori dovrebbero conoscere la principale differenza tra laser a CO2 e laser a fibra. I laser a CO2 funzionano a una lunghezza d'onda di 10,6 µm molto tollerante. Le ottiche di questi laser sono robuste, meno suscettibili ai danni causati dai detriti di processo circostanti e di più facile manutenzione. I moderni laser a fibra, a disco e a diodi operano vicino a una lunghezza d’onda di 1 µm. Le ottiche utilizzate in questi laser sono più suscettibili ai danni causati dai detriti prodotti nei loro difficili ambienti industriali e devono essere maneggiate con estrema cura quando vengono sostituite. Alcuni operatori laser si affidano alla pratica tradizionale di cambiare l'ottica del laser CO2, ma queste pratiche alla fine possono danneggiare le testine di elaborazione dei loro laser con lunghezza d'onda di 1 µm.