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Perché si usano i Laser UV: applicazioni, caratteristiche e tipologie

Perché si usano i Laser UV: applicazioni, caratteristiche e tipologie

Una importante tipologia di sorgente Laser utilizzata in molti ambiti e su svariati materiali è il Laser Ultravioletto (UV).

La caratteristica fondamentale di questi Laser e la ridotta lunghezza d’onda che è compresa tra 150 e 400 nm. Questa caratteristica rende la radiazione estremamente energetica e per questa le consenta di interagire con le caratteristiche chimico-fisiche dei materiali.

Quali sono le applicazioni dei Laser UV?

Quando si parla di luce ultravioletta si fa riferimento ad una luce con lunghezza d’onda inferiore a quella visibile all’uomo, dato che il violetto è l’ultimo colore nella scala percepita dall’occhio umano.

I laser UV sono adatti per applicazioni e lavorazioni di precisione come ad esempio:

  • Incisione di strumenti per stampaggio o micro-elettroerosione;
  • Marcatura del vetro e di materiali sintetici per cui la superficie non viene modificata nella struttura o nella composizione chimica;
  • Creazione di piccoli fori negli iniettori di gasolio;
  • Pulizia di vecchi dipinti senza intaccare gli strati di pittura originali.
  • Lavorazione di cavi aerei e tubi trasparenti o colorati impiegati in vari settori industriali;
  • Micromachining di precisione di diversi materiali;
  • Marcatura di materie plastiche per applicazioni mediche invasive e per alloggiamenti elettronici;

Nella strutturazione delle superfici questi laser colmano il divario tra le tecniche litografiche utilizzate nella fabbricazione di circuiti integrati e la microlavorazione meccanica di micro-elettroerosione.

L’ampia gamma di applicazioni della marcatura laser UV comprende anche le lavorazioni ultrafini come ad esempio:

  • Elettronica e semiconduttori,
  • Lavorazione delle plastiche,
  • Scavi 3D di precisione sui metalli,
  • Lavorazioni su dispositivi medici,
  • Sensoristica, etc.

Cosa rende i Laser Ultravioletto così adatti a queste lavorazioni?

La lunghezza d'onda corta dei laser ultravioletto gli consente di operare su aree minuscole e spot focalizzati.

Le larghezze di impulso brevi e le alte intensità di energia, determinano una piccola rimozione di materiale per ogni impulso, consentendo quindi la produzione di microstrutture ben definite.

L'intensità del raggio è così elevata che il materiale viene rimosso nella fase vapore in un processo chiamato ablazione, il cui risultato finale è una superficie pulita.

La marcatura laser UV viene conosciuta anche come marcatura a freddo perché la luce ultravioletto spezza i legami tra gli atomi e le molecole del materiale evitando che questo si riscaldi in maniera eccessiva creando una zona di effetto termico (HAZ) con effetti collaterali alla precisione della lavorazione.

Il processo che si genera viene definito di degradazione fotolitica e necessita di una potenza minima per ottenere marcature nette e visibili, dato che il materiale assorbe al massimo la luce irradiata dal laser.

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Quali sono le tipologie di Laser UV?

Esistono tre tipi principali di laser UV.

Laser a stato solido pompato a diodo

Il primo è un laser a stato solido pompato a diodo (DPSS) Nd:YAG Q-Switch, in cui vengono utilizzati cristalli di duplicazione per modificare la lunghezza d'onda dell'infrarosso di 1064 nm e passarlo alla lunghezza d'onda dell'ultravioletto di 355 nm.

La forma del raggio è gaussiana, quindi lo spot sarà rotondo e con l'intensità di energia che diminuisce gradualmente dal centro verso il bordo. Il raggio può essere focalizzato su spot di dimensioni dell'ordine di 10 µm.

In linea di principio, come tutti i laser a stato solido, questi laser ultravioletti sono sensibili alle variazioni di temperatura.

L'elevata velocità di ripetizione dell’operazione e l’area ridottissima su cui operano rendono questi laser i più adatti per le microlavorazioni.

Laser ad eccimeri

Il secondo tipo di laser UV è un laser a gas, il laser ad eccimeri. La lunghezza d'onda di questo laser dipende dal tipo di miscela di gas utilizzata e vanno dai 180nm a oltre 300nm.

Il raggio generato non è rotondo, ma ha una forma rettangolare con una distribuzione dell'intensità più o meno costante. Delle maschere possono essere utilizzate per generare geometrie spot specifiche.

Laser a vapore metallico

Il terzo tipo di laser UV è il laser a vapore metallico. Il laser a vapori di rame è quello che viene utilizzato più frequentemente sebbene possano essere impiegati anche vapori di molti altri metalli.

I laser a vapore di rame generano radiazioni a una lunghezza d'onda di 511 nm e 578 nm. La forma del raggio è gaussiana, il che rende il laser adatto per la stessa gamma di applicazioni del laser ultravioletto a stato solido.

Ulteriori sviluppi della Marcatura Laser UV

I laser UV sono dunque adatti per applicazioni su micro scala con risultati di alta qualità. Ciò ha aperto ad una vasta gamma di applicazioni per le quali esistono solo i laser “Ultra Veloci” (USP) come tecnologia alternativa, ma con costi estremamente maggiori.

La velocità di elaborazione bassa rispetto alla radiazione laser visibile e infrarossa spingerà i produttori di laser a sviluppare laser con potenze medie più elevate e ciò contribuirà a ridurre i costi della tecnologia.

Con il continuo sviluppo del settore delle applicazioni laser, l'innovazione sta accelerando e considerata la necessità dell’industria moderna di eseguire lavorazioni estremamente fini, veloci e complesse, si prevede una espansione dell’utilizzo di questa tipologia di sorgenti.

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