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

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

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

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