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Marcatura e Incisione Laser

Che cos’è e come funzione la marcatura e incisione Laser

La marcatura e l’Incisione laser si basano sul principio di utilizzare un raggio di luce Laser per modificare le caratteristiche superficiale del materiale, vaporizzando, carbonizzando od ossidando localmente. Per poter direzionare il raggio durante la lavorazione viene utilizzato una testa Laser dotata di due o più galvanometri a specchio i quali vengono utilizzati per direzionare il raggio durante le lavorazioni con una velocità e una precisione estremamente elevata.

L’utilizzo principale della marcatura è legato alla tracciabilità di prodotto, come strumento indelebile per riportare testi e loghi o per fare lavorazioni superficiali funzionali sul materiale.

Nel campo dell’incisione, invece, il Laser si utilizza per realizzare profili, scritte, loghi e pattern scavati nei materiali in maniera controllata.

Applicazioni Marcatura e Incisione Laser

Marcatura Laser per Tracciabilità

La tracciabilità delle filiere industriali è sempre più un argomento di primaria importanza in molti settori. Capire come tenere sotto controllo i processi di trasformazione e di assemblaggio del prodotto è l’unico modo che in alcuni settori si ha per mantenere il giusto livello di qualità.

In questo tipo di filiere ogni componente è identificato con un seriale o un numero di lotto, che viene impresso solitamente con barcode, datamatrix o QR code. Il laser è ideale per realizzare questo tipo di lavorazione su praticamente ogni superficie. L’acquisizione di questi dati tramite appositi lettori durante il ciclo di produzione ed in seguito durante il ciclo di vita, consente di mantenere sempre sotto controllo la configurazione di prodotto e le sue implicazioni in ambito di qualità e sicurezza.

I settori di maggior interesse per le applicazioni Laser di tracciabilità sono: Automotive, Aerospace, Medicale, Food & Beverage, Farmaceutico.

Marcatura Laser di loghi e testi

La marcatura di loghi e testi sugli oggetti è una delle più diffuse pratiche di lavorazione Laser. Il logo rappresenta un’azienda ed è per questo che ha un valore di grande importanza renderlo visibile. Con la marcatura laser si può marcare in maniera indelebile e chiara su superfici estremamente piccole o su oggetti che devono essere esposti ad agenti esterni estremi come, ad esempio, gli utensili o le apparecchiature marine. Anche la marcatura di testi è importante ed è ampliamente utilizzata nelle personalizzazioni di prodotto e nell’ identificazione tramite codifica.

Molti settori utilizzano la marcatura di testi e loghi. In particolare, possiamo citare quelli dove la visibilità del branding è molto importante come: fashion, gioielleria, luxury, etc.

Marcatura Laser Funzionale

La lavorazione funzionale della superficie del materiale permette di variare caratteristiche intrinseche dell’oggetto sia di natura chimico fisica che di natura estetica. Sfruttando queste particolari lavorazioni laser possiamo cambiare le caratteristiche di bagnabilità di un materiale, di frizione o di comportamento rispetto alla riflessione ottica della luce.

I settori di maggior interesse per le applicazioni Laser di marcatura funzionale sono: micromeccanica, meccanica legata ai fluidi, orologeria, etc.

Incisione

L’incisione Laser rappresenta un’altra importante e diffusa applicazione di Laser machining. Il principio su cui si basa è quello di asportare materiale (ablazione Laser), passando più volte con il fascio sulla superficie in modo di ottenere delle cavità con proprietà geometriche ben definite (bordi, raccordi, finitura superficiale dello scavo, etc.). La flessibilità e la precisione della lavorazione che si può ottenere con un Laser sono superiori a qualsiasi altro metodo di lavorazione meccanica e chimica che si possa confrontare.

Incisione Laser profonda

Questa tecnica viene usata nella costruzione di utensili, stampi, nella identificazione dei telai nell’automotive o nella gioielleria. Consiste nell’incidere profondamente (fino ad alcuni millimetri) il materiale, utilizzando una strategia di ablazione multi-passaggio.

Incisione Laser nera

In questo caso si sfrutta il processo chimico di ossidazione del materiale fuso della superficie che si ha grazie alla presenza di ossigeno. La rugosità superficiale assorbe molta luce e da come effetto delle incisioni nere o tendenti al grigio marrone scuro su materiali specifici quali (alluminio, rame, ottone, etc.).

Incisione Laser bianca

L’incisione bianca è una lavorazione meno profonda che crea delle superfici lisce e molto riflettenti. In questa lavorazione si limita la fusione del materiale e si adatta perfettamente a metalli scuri quali acciaio zincato, acciaio temprato, etc.

I settori di maggior interesse per le applicazioni Laser di incisione sono molteplici, tra cui: meccanica in genere, automotive, stampi, utensili, medicale, gioielleria, orologi, etc.

Laser Cleaning

Una particolare incisione è quella del Laser Cleaning, che tramite la rimozione di uno strato superficiale di materiale, viene utilizzato per operazioni di pre-lavorazione dei materiali (ad esempio per la rimozione di ossidi sui metalli) o di finitura a fine ciclo di lavorazione (ad esempio per la rimozione di trucioli o particolato).

I settori di maggior interesse per le applicazioni Laser di pulizia (Laser Cleaning), sono: meccanica in genere, stampi, medicale, stampa e packaging, etc.

Scopri di più sul Laser Cleaning

Tipi di marcatura

Rinvenimento (Annealing)

Come già visto per l’incisione, anche per la marcatura laser si possono sfruttare gli ossidi che il materiale fuso superficiale crea a contatto con l’ossigeno per creare una colorazione. Questo metodo prende il nome di rinvenimento o annealing Laser. Giocando con i parametri della sorgente e con la temperatura di formazione degli ossidi (variando fino a circa 200°C) si possono ottenere marcature laser colorate che vanno dal nero al blu, dal rosso al verde. Per temperature oltre i 200°C invece scompare l’effetto cromatico della marcatura. Il vantaggio di usare la marcatura Laser di rinvenimento è che si mantiene integra la superficie (ad esempio importante quando si hanno accoppiamenti meccanici), si ha una ottima leggibilità e resistenza all’abrasione. I materiali ottimali per questa tecnica sono acciaio e titanio, più difficoltà ci sono per alluminio e in generale tutti i metalli non ferrosi.

Marcatura Nera (Black Marking)

La marcatura nera o Black Marking è un tipo di marcatura che si basa sul principio del rinvenimento Laser ma che utilizza sorgenti ad impulso corto, principalmente MOPA o sorgenti USP, per creare sulla superficie strutture nanometriche. Quest’ultime riescono a garantire una efficace diffusione della luce incidente restituendo una radiazione riflessa praticamente nulla. Un ulteriore vantaggio di questo tipo di marcatura è che gli impulsi brevi generano pochissimo effetto termico sulla superficie e questo assicura una ottima integrità superficiale e la rimanenza di una piccola quantità di cromo capace di creare uno strato di ossido che tende a rigenerarsi e quindi a mantenere viva la marcatura nel tempo. Questa importante caratteristica è largamente utilizzata nel capo dei ferri chirurgici che necessitano di marcatura per tracciabilità (Codice UDI per la tracciabilità richiesto dalle normative europee e FDA) e che vanno sterilizzati ciclicamente. Questa tipologia di marcatura risulta dunque indelebile e resistente alla corrosione anche in processi severi in ambito di sterilizzazione.

Un'altra importante caratteristica è che questo tipo di sorgenti hanno tipicamente spot molto piccoli e quindi consentono marcature molto piccole o filigranate.

Marcatura Night & Day (Marcatura Laser per rimozione strati superficiali)

Una diffusa tecnica di marcatura è quella mediante la rimozione di uno strato superficiale. In questo caso si può trattare di vernice, di rivestimenti o di trattamenti quale l’anodizzazione che viene spesso rimossa da materiali quali l’alluminio.

In ogni caso si tratta di usare il laser per far riscaldare e poi evaporare lo strato superficiale lasciando la superficie sottostante intatta e ben visibile. Questo tipo di marcatura detta “night & day”, è altamente visibile in quanto il contrasto di colori e solitamente molto marcato, personalizzabile e per questo è altamente utilizzata in ambito automotive ed elettronica di consumo, per il design di componenti quali gli interni delle auto o i pulsanti di comando delle plance dei dispositivi elettronici.

Schiumatura

La schiumatura Laser è una tecnica usata per la marcatura di materie plastiche e si basa sul fatto che i pigmenti e gli addittivi contenuti nella plastica vengono riscaldati e fatti evaporare localmente andando a indurre una ossidadazione del carbonio contenuto che genera della CO2. La formazione gassosa provoca una schiumatura superficiale che crea il viraggio di colore. Solitamente le plastiche scure virano al bianco, mentre le plastiche chiare virano a colori scuri come il grigio o il nero.

Marcatura per Carbonizzazione

La carbonizzazione Laser è un metodo di marcatura adatto alle materie plastiche e alle materie organiche (carta, legno, cuoio). In questo caso la radiazione laser riscalda la superficie innalzando la temperatura ad un punto tale, che i legami di carbonio vengono spezzati e si va a innescare il naturale processo di carbonizzazione del materiale.

A livello visivo la carbonizzazione Laser porta sempre uno a scurimento del materiale (dal grigio, marrone scuro al nero).

Marcatura e Incisione Laser Materiali

Vetro
Legno
Carbonio
Ceramica
Plastica
Acciaio
Carta
Cartone
Oro
Rame
Ferro
Pelle

Metallo

La marcatura e incisione Laser dei Metalli è una delle applicazioni più diffuse nel settore della meccanica. Gli ottimi risultati ottenibili in termini di contrasto e nitidezza delle lavorazioni, accuratezza delle incisioni (che possono arrivare al micron nelle applicazioni più spinte) e la possibilità di lasciare quasi inalterata la natura del metallo, fanno del Laser la scelta ottimale per la maggior parte delle applicazioni.

Le lavorazioni di marcatura hanno inoltre caratteristiche di grande resistenza nel tempo e consentono di evitare fenomeni di corrosione.

I metalli adatti alla marcatura e all’incisione laser sono:

  • Acciaio inox
  • Acciai speciali
  • Alluminio
  • Alluminio anodizzato
  • Titanio
  • Ottone
  • Rame
  • Argento
  • Oro
  • Metalli temprati
  • Altri

Plastica

Le materie plastiche sono ormai fondamentali nella realizzazione di ogni sorta di prodotto ed è quindi un’esigenza riuscire a utilizzare il Laser per la tracciabilità di prodotto, o per marcare dei loghi e delle scritte. Le materie plastiche cambiano le loro caratteristiche di compatibilità con la radiazione Laser in maniera importante tra le varie famiglie e tipologie. Questa caratteristica necessità di un’attenta scelta delle sorgenti e delle soluzioni tecnologiche da adottare.

Le materie plastiche utilizzabili per la marcatura laser sono:

  • Poliammide (PA)
  • Policarbonato (PC)
  • Polietilene (PE)
  • Polietilene tereftalato (PET)
  • Acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS)
  • Polipropilene (PP)
  • PCB
  • Mylar
  • Silicone
  • Altri

Vetro e Ceramica

La lavorazione di vetro e ceramica è una delle più sfidanti per i problemi di fragilità del materiale e per il normale comportamento da isolante che ha rispetto alle fonti di calore. Per molte applicazioni i Laser hanno rimpiazzato le lavorazioni meccaniche in quanto la mancanza dell’utensile di contatto evita scarti legati a cricche e fessure. Inoltre, anche i costi di manutenzione degli utensili vengono azzerati e i tempi di processo risultano di molto inferiori alle lavorazioni tradizionali.

La ceramica inoltre è un materiale sempre più utilizzato per applicazioni di elettronica e sensoristica che richiedono microlavorazioni e che il Laser può affrontare con ottimi risultati, sfidando le fragilità legate ai vari gradi di durezza del materiale.

Esistono varie sorgenti per la lavorazione di vetro e ceramica, alcuni esempi sono le sorgenti CO2 e le sorgenti UV, ma sempre più si ha l’utilizzo di sorgenti a impulsi ultracorti (USP), che con le alte energie di picco degli impulsi riescono a tagliare ed incidere in maniera accurata e veloce la dura superficie. Esistono anche particolari accorgimenti di processo, quali l’adozione di formatori di spot specifici che riescano a limitare gli shock termici e quindi che consentano l’aumento delle velocità di processo senza creare scarti e difetti.

Organico (Legno, Pelle)

Il legno è un importante materiale utilizzato per la sua versatilità e ampia disponibilità. lavorare di questo materiale con il laser risulta semplice e pratica ed è possibile incidere con facilità sia legni di ogni genere (anche verniciati), per creare oggetti di artigianato, souvenir, targhette, pezzi di arredamento, giocattol, etc. Il risultato che si può ottenere è un’incisione pulita e omogenea che non può essere ottenuta con altri metodi di lavorazione del legno.

Pelle e cuoio sono materiali resistenti e rigidi, difficili per le lavorazione tradizionali. L'incisione laser della pelle produce un contrasto netto sulla superficie, con tendenza alla goffratura. Un contrasto maggiore è ottenuto con le incisioni sulla pelle più scura, minore nel caso di pelli chiare. I risultati ottenuti sono dipendenti dal tipo di pelle, dal laser che si utilizza, e dall’ impostazione dei parametri di potenza, velocità e frequenza.

Fibre Composite

I materiali compositi sono formati dalla combinazione di più materiali con differenti proprietà per ottenere un nuovo materiale con proprietà diverse e solitamente superiori a quelle di partenza. Generalmente si utilizza un materiale matrice a cui poi si somma una fibra. I materiali compositi più comuni lavorabili al laser sono i compositi polimerici rinforzati con fibre (FRP), i compositi con matrice metallica (MMC) e i compositi con matrice di ceramica (CMC). Il laser può essere utilizzato con questi materiali per incidere e tagliare con successo la superfice creando forme, fori e marcature.

Perché preferire un Marcatore Laser ad altre tecnologie

La marcatura Laser rispetto alle altre tecnologie offre importanti vantaggi che in fase di scelta si devono considerare:

Lavorazione senza contatto

Le lavorazioni Laser consentono di non utilizzare parti in contatto con il pezzo, essendo per questo ideali per materiali o prodotti che necessitano di cura nella lavorazione. Inoltre, non avendo utensili di contatto non ci sono costi relativi di usura e manutenzione.

Rispetto per la natura (Green)

Il processo di marcatura è ecologico e non utilizza inchiostri e materiale chimico che poi debba essere smaltito.

I sistemi Laser moderni per Marcatura ed incisione consumano meno di un elettrodomestico di casa e sicuramente molto meno di molte delle tecnologie concorrenti emettendo così meno CO2 nell’ambiente e risultando maggiormente rispettoso per la natura.

Qualità e precisione della lavorazione

La marcatura e l’incisione Laser si contraddistiguono per la qualità e la precisione delle lavorazioni, in quanto sfruttano fasci che possono arrivare a poche decine di micron. I dettagli, gli alti contrasti ottenibili e la resistenza chimica, termica e alla corrosione fanno del Laser la tecnologia principale per applicazioni di marcatura di alto livello e indelebili nel tempo.

Versatilità

La possibilità di lavorare ogni tipo di materiale, la facile integrazione su sistemi e linee e la natura digitale del processo di gestione del Laser lo rendono flessibile per adattarsi ad ogni processo e adatto ai prodotti altamente personalizzati.

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