Le Lavorazioni Laser nel mondo degli Orologi

Ecco dunque che il laser viene impiegato in diversi modi nella lavorazione di orologi di alta qualità. Nell'orologeria, dove l'accuratezza e la qualità della lavorazione sono così importanti, la lavorazione laser è la soluzione ideale.

Uso del Laser nell’industria degli Orologi

Il processo di produzione è piuttosto complicato e richiede di prestare attenzione ad ogni dettaglio, dato che errori minimi o un minuscolo difetto influenzeranno la qualità dell'orologio. In tutto il mondo, la reputazione dell'industria orologiera svizzera non ha rivali. La Svizzera è leader mondiale nella progettazione e produzione di orologi di lusso e l'arte dell'alta orologeria va di pari passo con l'accuratezza dei processi di fabbricazione.

Molte delle singole parti degli orologi di fascia alta sono ancora oggi realizzate a mano, ma le crescenti tendenze alla miniaturizzazione e all'uso di materiali preziosi hanno fatto sì che i metodi tradizionali di lavorazione meccanica abbiano raggiunto i loro limiti strutturali.

I recenti progressi nella tecnologia laser offrono la possibilità di andare oltre questi limiti, soprattutto nel settore dell'orologeria di alta gamma. I processi di produzione basati su laser vengono utilizzati per la lavorazione di una moltitudine di componenti minuscoli che richiedono un livello di precisione calcolato in micrometri. I laser soddisfano dunque gli elevati standard di qualità ed i requisiti estetici dell'industria orologiera.

La Marcatura Laser nell’Orologeria

Nella lavorazione degli orologi le tecniche tradizionali devono toccare la superficie da lavorare, il che può facilmente causare danni ed estrusione della superficie, causando difetti che influiscono sull'aspetto generale dell'orologio.

I macchinari per marcatura laser adottano un sistema di controllo del software con cui pilotare in modo accurato il raggio laser per effettuare una rapida incisione sulla superficie. Rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali si ha un incremento dell’accuratezza e della ripetibilità della lavorazione. I macchinari per marcatura laser utilizzano un laser ad alta densità di energia per irradiare localmente una parte dell'orologio per vaporizzare il materiale superficiale o causare una reazione chimica di cambiamento di colore, lasciando così un segno permanente sull'orologio.

La marcatura laser può marcare con precisione qualsiasi parte dell'orologio, anche quando si tratta di forme speciali, per incidere una linea, un logo, un testo, un numero, un motivo, un codice, ecc. Per la marcatura degli orologi è possibile impiegare sia laser fibra, che laser ultra veloci al picosecondo o femtosecondo (USP), oppure laser CO2.

In particolare i laser fibra e USP possono lavorare certe parti come cassa, base e componenti meccaniche fatte in metalli grezzi, mentre altri laser come i laser CO2 vengono impiegati per la marcatura del vetro e dei cinturini in pelle.

Per approfondimenti leggere: Dal Laser C02 al Laser Fibra, scopriamo i tipi di Laser più diffusi

Il Taglio Laser nell’Orologeria

I macchinari laser permettono il taglio di precisione di parti di orologi da fogli di ottone e leghe di alluminio. Il taglio delle parti dell'orologio è piuttosto complicato nel design e richiede la massima precisione dato che le parti sono molto piccole. La distorsione delle parti anche di gradi minimi è inaccettabile ed è per questo che la precisione e flessibilità del laser vengono in aiuto.

I parametri di lavorazione possono essere adeguati in base al design e al materiale. Si può passare facilmente da impulsi lunghi a quelli più brevi e ciò risulta essere estremamente efficace per le regioni in cui è necessario evitare l'accumulo di calore senza compromettere l'intensità di taglio.

Il laser a fibra viene ad esempio utilizzato per ritagliare lancette, quadranti e ingranaggi da lastre di ottone e avinol dello spessore di 0,2 mm. La potenza e la durata dell'impulso variano in base ai requisiti di progettazione. La durata dell'impulso più breve con un'elevata energia e un numero maggiore di loop per creare un contorno fine è seguita da impulsi più lunghi ad alta intensità con loop ridotti per la completa rimozione del taglio.

I fogli in lega di alluminio dello stesso spessore possono essere lavorati con un numero inferiore di passaggi a causa de loro basso punto di infiammabilità e del coefficiente di assorbimento più elevato. Durante la lavorazione di tali fogli di spessore ridotto, occorre prestare attenzione per evitare la piegatura dei fogli a causa dell'accumulo di calore, pertanto un raffreddamento ad aria accompagna la lavorazione.

Saldatura Laser degli Orologi

La tendenza alla miniaturizzazione e automazione ha aperto un nuovo campo di applicazione del laser: la microsaldatura a raggio laser nell'industria orologiera. La combinazione di materiali dissimili come l'ottone e l'acciaio inossidabile è spesso necessaria nelle parti dell'orologio.

La microsaldatura laser offre un'alternativa alle tecniche di giunzione convenzionali come l'accoppiamento a pressione o l'incollaggio. Poiché i componenti dell'orologio sono molto piccoli, l'apporto di calore localmente limitato del raggio laser offre la possibilità di larghezze del cordone di saldatura inferiori ai 200 micrometri.

La profondità e la larghezza del cordone di saldatura nonché la qualità della superficie possono essere ottimizzate utilizzando un laser fibra o Nd:YAG pulsato. Diversi componenti dell'orologio possono essere uniti mediante microsaldatura a raggio laser.

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Uso di Laser a Femtosecondi

I laser a femtosecondi concentrano l'energia in un impulso o intervallo di tempo molto breve (fino ad un milionesimo di miliardesimo di secondo). La brevità di questi impulsi, detti anche impulsi ultracorti (laser USP), offre diversi vantaggi per la microlavorazione degli orologi.

Innanzitutto, poiché l'energia laser è concentrata nell'impulso breve, i laser a femtosecondi generano potenze di picco molto elevate. Pertanto, la soglia di ablazione del materiale viene raggiunta anche con una piccola quantità di energia. Ciò consente l'ablazione laser praticamente su qualsiasi tipo di materiale, inclusi materiali difficili da lavorare come vetro, zaffiro, ceramica o metalli.

In secondo luogo, quando il raggio laser è ben focalizzato, viene generata una densità di potenza di picco estremamente elevata. In terzo luogo, la durata dell'impulso è più breve sia del tempo di diffusione del calore che del tempo di trasferimento dell'energia da elettrone a reticolo. Gli impulsi a femtosecondi sono sufficientemente brevi da vaporizzare rapidamente il materiale senza danni termici alle zone circostanti.

Grazie a questa ablazione atermica o "fredda" si evitano gli attuali effetti collaterali prodotti dai processi di ablazione termica dei laser a impulso lungo, come fusione, vaporizzazione, goccioline, fessurazioni e deterioramento delle proprietà dei materiali. Infine, si riducono o si evitano del tutto le costose operazioni di post-lavorazione, che aumentano il rischio di danni alle parti meccaniche delicate degli orologi.

I vantaggi della Lavorazione Laser degli Orologi

L'utilizzo di macchinari laser nel campo dell’orologeria presenta dunque i seguenti vantaggi:

• Si riduce il costo di produzione dell'orologio e l’impiego di materiali di consumo;
• La marcatura laser permanente offre la massima garanzia contro i tentativi di contraffazione;
• L'effetto estremamente delicato delle lavorazioni laser offre un valore aggiunto al prodotto, rendendolo più attrattivo sul mercato;
• L’impiego di macchinari laser non produce sostanze chimiche dannose per il corpo umano e per l'ambiente.
• Nel processo di lavorazione laser, non c'è contatto con la superficie dell'orologio, quindi si evita lo stress meccanico e si garantisce la massima qualità.

Uso della tecnologia Laser per numerose applicazioni

Oggi i laser vengono utilizzati a pieno regime nella produzione di orologi di lusso. I laser ultraveloci possono essere utilizzati per una serie di processi e applicazioni che richiedono precisioni micrometriche. Taglio, foratura e incisione possono essere applicati a quasi tutti i materiali utilizzati per l'orologeria, come:

• acciaio inossidabile,
• metalli preziosi,
• gemme e pietre preziose,
• ceramica,
• vetro,
• zaffiro o pelle.

La microlavorazione laser ultraveloce ha ampiamente dimostrato di essere un processo di alta qualità e altamente flessibile, con l'apertura di numerose applicazioni industriali ed in questo senso i laser a femtosecondi sono una tecnologia chiave.

Le applicazioni dei laser variano dalla marcatura estetica alla microlavorazione di pezzi. Possono essere utilizzati per il microtaglio di componenti meccanici di forma complessa, materiale termosensibile o il taglio di materiale troppo duro e fragile per essere lavorato sotto sforzo.

Un esempio sono le lunette in ceramica o acciaio che sono estremamente dure e resistenti alle ammaccature e ai graffi. I cristalli per orologi e i quadranti in vetro zaffiro sono un altro esempio.

I laser sono anche usati per creare cambiamenti della struttura superficiale mediante ablazione (lavorazione di tipo diffrattivo, Bouchonnage, Côtes de Genevè, etc.).

Inoltre, i laser offrono un'ampia gamma di metodi di marcatura che possono essere applicati a quasi tutti i materiali e componenti dell'orologio come lunette, bilancieri o ingranaggi. Ciò comporta che le possibilità di progettazione sono illimitate: anche i progetti più piccoli e complessi possono essere marcati al laser con elevata accuratezza e precisione.