Marcatura e Incisione Laser su Acciaio: lavorazioni, vantaggi e sorgenti

Marcatura e incisione laser possono essere effettuate su tutti i metalli: acciaio, acciaio inox, ferro, rame, alluminio, oro, argento, platino, palladio, tra gli altri. Le lavorazioni che si possono effettuare vanno dall’incisione profonda alla marcatura di ricottura o annerimento superficiale.

Dati i numerosi tipi di laser e materiali che esistono, scegliere il miglior laser per un'applicazione di marcatura o incisione può essere una sfida. La comprensione delle caratteristiche del laser e delle proprietà del materiale è essenziale per fare una scelta ottimale.

Vediamo le particolarità della marcatura e incisione laser sull’acciaio.

Acciaio e Lavorazioni Laser

L’acciaio è uno dei metalli più utilizzati dall’industria moderna en in particolare nel settore medicale. Si tratta di una lega di ferro, carbonio e cromo in una quantità di almeno il 10,5%.

Quest’ultimo elemento forma uno strato di ossido ed in questo modo impedisce al metallo di arrugginire. È per questo che l’acciaio inox è conosciuto anche con il nome di acciaio resistente alla corrosione.

La presenza del cromo aumenta la durezza e il limite di elasticità della lega e quando la sua percentuale supera il 12%, si parla di acciaio inossidabile perché resistente agli agenti chimici.

Così come altri metalli anche sull’acciaio si possono effettuare operazioni di marcatura o incisione utilizzando diversi tipi di sorgenti laser:

• CO2,
• Fibra,
• Nd:YAG a stato solido.

Incisione Laser su Acciaio Inox usando Laser Fibra

Creare un segno sulla superficie dell'acciaio è molto semplice utilizzando il laser a fibra ottica. Il materiale reagisce molto bene alla lunghezza d’onda dell’infrarosso (1030-1080 nm), con semplicità innesca reazioni superficiali che producono segni contrastati e nitidi.

Questo processo produce un segno permanente e diretto sulla superficie del metallo e le impostazioni della macchina laser possono essere modificate a piacimento per produrre un'ampia varietà di lavorazioni sull'acciaio inossidabile che includono segni chiari, mezzi toni o scuri permanenti e una varietà di colori.

Questa tecnologia viene utilizzata intensivamente nell’industria e in particolar modo in settori come l’automotive, il medical, l’aerospaziale dove la tracciabilità di prodotto ha una rilevanza particolare. Queste opzioni di marcatura più leggere possono essere utilizzate per migliorare la produttività.

Ricottura Laser per Strumenti Medicali

Un'applicazione molto comune del laser è la ricottura di componenti medicali in acciaio inossidabile e titanio come impianti e strumenti.

In questo caso è importante avere un'energia di picco altamente concentrata con una durata dell'impulso leggermente più lunga per attirare il carbonio sulla superficie ed ottenere un segno scuro nitido che resista ai requisiti dei vari test a cui lo strumento viene sottoposto come la passivazione e i cicli di autoclave.

Sia che si utilizzi un laser CO2 o un laser fibra l'energia del raggio laser provoca l’annerimento dell'ossido, creando un segno più netto e scuro nel caso della marcatura con il laser a fibra perché l'acciaio inox assorbe più efficacemente la lunghezza d'onda di questa tipologia di laser.

Inoltre, a seconda della temperatura, si possono ottenere diversi colori sulla superficie dell’acciaio tramite il processo di annerimento o ricottura il che permette di creare disegni differenti.

Un ulteriore modo di ottenere marcature nere permanenti su acciaio è sfruttando sorgenti ultra veloci USP al picosecondo. Queste vanno a variare la superficie del materiale creando delle trappole diffrattive per la luce e quindi creando alti contrasti nella marcatura.

Il cosiddetto processo della marcatura di ricottura è ideale per marcare gli strumenti medicali per la grande resistenza nel tempo di questa operazione e per il fatto che in questo modo si evita la proliferazione batterica sugli strumenti.

Marcatura Laser su Acciaio Inox usando Laser CO2

I composti per la marcatura dei metalli sono prodotti specifici per la marcatura laser che contengono particelle di ceramica e vengono attivati termicamente a base chimica.

In alcuni casi di marcatura laser dunque questi composti vengono applicati sulla superficie dell'acciaio e lasciati asciugare. Quando il raggio laser riscalda questo composto, le particelle di ceramica si fondono sulla superficie del metallo, creando un segno nero con un contrasto molto elevato.

Questo segno è quasi permanente: non può essere rimosso senza una frizione e forza eccessive, che se applicate di solito danneggiano l'acciaio sottostante. Questa opzione può essere utilizzata per la marcatura generale sull’acciaio inox anche di immagini e codici a barre.

Incisione Laser su Acciaio Inox usando Laser Nd:YAG

I composti che vengono talvolta utilizzati per annerire una superficie in acciaio inossidabile durante la marcatura con laser CO2 non sono necessari quando si utilizza un laser Nd:YAG.

È possibile ottenere diversi effetti con un laser di marcatura Nd:YAG sulla maggior parte dei metalli ottimizzando: la potenza del laser, la velocità, la frequenza degli impulsi e la messa a fuoco.

L'acciaio inossidabile, tuttavia, consente una maggiore variazione dell'effetto visivo rispetto alla maggior parte dei metalli. Il titanio è l'unico altro metallo che gli si avvicina in questo senso.

In generale, l'acciaio inossidabile può essere contrassegnato in nero, diverse tonalità di grigio, color oro, bianco e con un segno lucido dove la superficie appare più liscia rispetto all'area circostante e quindi riflette la luce in modo diverso. Questi segni di superficie sono quasi privi di profondità.

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