Modelli per l’ottimizzazione dei processi industriali:
incisioni laser
Creators: name: Genna, Silvio
Publisher: name: Università degli Studi di Napoli Federico II
Year: 2006

description: La recente introduzione sul mercato (2001-2002) di nuovi tipi di laser da marcatura (Nd:YAG con impulsi dell’ordine dei nanosecondi), con costi relativamente contenuti ha permesso una notevole diffusione di questi sistemi in ambito industriale. Questi sistemi, grazie alle loro peculiarità, costituiscono attualmente una reale ed efficace alternativa ai tradizionali metodi di marcatura (incisione, elettroerosione, verniciatura, ecc.).
Ciò nonostante, la bibliografia scientifica e quella tecnica appaiono abbastanza carenti sia nella descrizione dei sistemi che nella creazione di modelli atti a descrivere i loro effetti sui materiali lavorati.
Nel presente lavoro si è quindi inteso realizzare una sperimentazione per caratterizzare la marcatura prodotta da un laser Nd:YAG di nuovissima generazione (2004). Tale sistema è costituito da un laser pompato in continuo e funzionante in regime di impulsi giganti (Q-switch), le cui caratteristiche principali sono: lunghezza d’onda  = 1,064 μm; max potenza media = 20 W; durata del singolo impulso = 150 ns e fattore di qualità del fascio M2 &gt; 1
Il lavoro svolto affronta l’influenza dei parametri di lavorazione sulle caratteristiche geometriche del solco e si propone di costruire un modello analitico che permetta di scegliere i parametri di lavorazione in dei risultati desiderati. Sono state effettuate varie prove  su due acciai inossidabili (AISI 304 e AISI430), variando opportunamente i parametri impostabili dal software proprietario della macchina.  Successivamente si sono analizzate le principali  caratteristiche della geometria dell’impronta, ovvero profondità e larghezza.
I parametri analizzati sono: la frequenza di ripetizione degli impulsi, la velocità di marcatura e la corrente di alimentazione dei diodi; per ogni terna di questi parametri si ha a disposizione una determinata potenza media, a cui corrispondono precisi valori in termini di potenza di picco e/o energia ceduta dal singolo impulso.
Pur essendo il termine energetico sicuramente il fattore che domina il processo e quindi la geometria finale della marcatura, da un punto di vista pratico si è focalizzata l’attenzione sui parametri menzionati (frequenza, velocità e corrente) in quanto sono quelli che vengono richiesti dal software primo della lavorazione.
Abbiamo analizzato, fra i diversi presenti in bibliografia, il modello teorico proposto da G. Chryssolouris, perché è quello che tratta il processo di incisione laser. Il modello teorico non segue i dati sperimentali, quindi è stato sviluppato un modello empirico (di tipo analitico) che, partendo dai dati richiesti dal software, riesce a prevedere la profondità di marcatura con buona approssimazione. Il modello sviluppato sui risultati ottenuti con l’AISI 304 ha trovato conferma sull’altro acciaio. Nelle figure successive si riportano per entrambi i materiali la profondità prevista in funzione della profondità misurata.
I principali risultati possono essere riassunti nelle seguenti osservazioni: 
•La profondità di marcatura risulta fortemente influenzaa dalla tensione di alimentazione dei diodi, dalla velocità di movimentazione del fascio e dalla frequenza di ripetizione degli impulsi; in particolare aumenta all’aumentare della corrente e al diminuire della velocità, mentre presenta un massimo per valori di frequenza intorno ai 6.000 – 8.000 Hz.
•La larghezza della marcatura al contrario è poco influenzata dalla velocità e dalla corrente, mentre risulta debolmente decrescente con la frequenza fino a un valore prossimo ai 5.000 Hz, per poi mantenere un andamento sostanzialmente costante.
•E’ stato individuato un valore di frequenza ottimale: 8.000 Hz. A tale valore infatti corrisponde una geometria del solco regolare e la profondità massima. 
•Il modello empirico conduce a risultati che sono in buon accordo con quelli sperimentali.
•Il modello trovato è particolarmente utile poiché permette di prevedere la profondità dell’incisione utilizzando direttamente i parametri impostabili dalla macchina.