LASER BEAM MACHINING Prof Gino Dini Universit di
LASER BEAM MACHINING Prof. Gino Dini – Università di Pisa
Lavorazioni tramite energia termica Laser Beam Machining (LBM) fotoni lente di focalizzazione gas d’apporto pezzo
Luce laser • non monocromatica • non coerente • elevata divergenza • bassa intensità luminosa • elevata intensità luminosa
Brillanza di alcune sorgenti Sorgente Schermo TV Luna LED Cielo chiaro Fiamma di candela Sole all’orizzonte Lampada ad incandescenza Lampada a vapori di mercurio Sole allo zenit Laser focalizzato in continua Laser focalizzato impulsato Brillanza (stilb) 0, 08 0, 25 0, 68 0, 80 1, 00 600, 00 1. 000, 00 30. 000, 00 165. 000, 00 10. 000, 00 100. 000, 00
Effetto laser
Effetto laser
Effetto laser
Distribuzione di Boltzmann E E 2 T E 1 N 2 N 1 N
Inversione della popolazione E E 2 E 1 N 2 N
Materiale a 3 livelli energetici E E 3 E 2 T E 1 N 3 N 2 N 1 N
Materiale a 3 livelli energetici E E 3 E 2 E 1 N 3 N 2 N
Materiale a 3 livelli energetici rapida laser p
Materiale a 4 livelli energetici E E 3 E 2 E 1 T E 0 N 3 N 2 N 1 N 0 N
Materiale a 4 livelli energetici E E 3 E 2 E 1 E 0 N 3 N 1 N 2 N 0 N
Materiale a 4 livelli energetici rapida p laser rapida
Direzionalità del fascio
Direzionalità del fascio
Direzionalità del fascio
Direzionalità del fascio
Modi risonanti della cavità m = 12 l 1 l 2 m = 14 L
Elementi caratterizzanti un laser Regime emissione energia Metodo di pompaggio Materiale attivo Distribuzione energetica trasversale
Materiale attivo laser a gas laser allo stato solido laser a fibra
Laser a gas
Transizioni del laser He-Ne E 1 s 3 s 3 s 3, 39 mm 3 p 2 s 0, 6328 mm 1, 15 mm 2 p Elio Neon
Transizioni del laser a CO 2 E N 2 eccitato CO 2 eccitato 10, 6 mm Azoto CO 2
Laser a fibra l = 0, 98 mm l = 1, 55 mm
Laser a fibra
Tabella riassuntiva Laser Lunghezza d’onda Potenza Regime [mm] [W] He-Ne 0, 6328 1, 15 3, 39 0, 001 - 0, 05 continuo CO 2 10, 6 fino a 20. 000 continuo o impulsato Rubino 0, 6943 500 J impulsato Nd-YAG 1, 06 fino a 1. 000 Erbio oltre 1. 000 1, 55 continuo o impulsato
Modi trasversali di un laser
Esempio di sorgente laser CO 2 Soitaab SL 50
Esempio di sorgente laser CO 2 Soitaab SL 50 Potenza: 5. 000 W Campo di variazione: 1. 000 - 5. 000 W Stabilità della potenza: ± 2% Lunghezza d’onda: 10, 6 mm Modo trasversale: TEM 0, 0 e TEM 1, 1 Diametro del fascio in uscita: 44 mm Divergenza del fascio: ± 3 mrad per TEM 0, 0 Tempo di riscaldamento: 10’
Micro-foratura con fascio laser
Percussion drilling
Percussion drilling: rifocalizzazione
Trepanning
Taglio con fascio laser
Taglio con fascio laser
Micro-taglio con fascio laser
Saldatura laser
Saldatura keyhole
Vantaggi dell’LBM J elevati valori di densità di potenza J assenza contatto utensile-pezzo J assenza usura utensile J fascio facilmente direzionabile J non occorre lavorare sotto-vuoto J zona termicamente alterata ridotta J ridotte distorsioni termiche
Svantaggi dell’LBM L impianti costosi L danneggiamento termico sui materiali sensibili al calore L superfici craterizzate L elevata precisione di posizionamento dei pezzi L influenza della riflettività
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