Tecniche e Applicazioni di Microforatura Laser

Una delle applicazioni più industrializzate nel campo della tecnologia laser è la microperforazione o microforatura. Non è qualcosa che si nota molto, ma molti degli oggetti che usiamo abitualmente sono microperforati per rendere la nostra vita un po' più semplice.

Le applicazioni della microperforazione laser crescono ogni giorno e, con il costante miglioramento delle attrezzature e delle tecniche, si prevede che questa tendenza continuerà nei prossimi anni.

Vediamo più in dettaglio di cosa si tratta, quali tecniche di microforatura laser esistono, le loro applicazioni e i loro vantaggi.

Cos'è la Microperforazione Laser?

La microperforazione laser consiste nel realizzare fori passanti molto piccoli in vari fogli, film o lastre, utilizzando l'energia fornita da una sorgente laser come metodo di perforazione.

Tali fori possono avere un diametro fino a pochi micron, ma solitamente le applicazioni industriali utilizzano fori sopra ai 50 micron di diametro, equivalente allo spessore medio di un capello umano.

La tecnologia laser si basa sull'accumulo di energia focalizzata in un punto molto piccolo.

Questo accumulo è così potente da poter vaporizzare materiali come polimeri, metalli e persino ceramiche, e allo stesso tempo è così controllabile, da consentire microforature di ottima qualità dimensionale senza influire negativamente sul materiale circostante.

Tipologie di Microforature Laser

Non tutte le microperforazioni laser sono uguali. La tecnica utilizzata varierà a seconda del diametro del foro, dello spessore dello strato da perforare, del materiale e della geometria del foro che vogliamo ottenere.

Le tipologie più comuni di microperforazione sono le seguenti:

• Microforatura ad impulso singolo: quando lo spessore dello strato da perforare è ridotto, è possibile utilizzare un laser della potenza e del diametro dello spot appropriati per attraversare il materiale in un unico impulso laser. In questo modo si ottiene una perforazione con le caratteristiche desiderate, ottenendo elevata produttività e velocità di perforazione.
• Microforatura a percussione: quando lo spessore dello strato è elevato, il materiale assorbe poca energia o il laser non ha abbastanza potenza per perforare lo strato in un singolo impulso, viene utilizzata la percussione. Questo metodo consiste nel lanciare più impulsi nello stesso punto per rimuovere gradualmente il materiale dalla superficie fino a quando non viene perforato completamente.
• Clambering: questo metodo è indicato per microperforazioni di grandi dimensioni, che risultano essere maggiori del diametro del punto laser. In questo caso si parla anche di tecnica di trapanatura convenzionale o trepanning. In questi casi, il diametro del foro viene ingrandito spostando il raggio laser per ottenere la perforazione. Sarebbe come cercare di ritagliare un cerchio facendo tanti buchi. Questa è la tecnica utilizzata anche per il taglio laser convenzionale.

Impatti sui materiali

Va detto che tutte queste tecniche influenzano il modo in cui viene realizzata la microperforazione, ma non influiscono sulla geometria interna dei fori, che di per sé sono conici.

Questo perché il laser si concentra su un punto nello spazio, ma man mano che si allontana da quel punto, il raggio aumenta di diametro. A causa di questo fenomeno, la faccia anteriore su cui il laser incide di solito crea un foro di diametro leggermente maggiore rispetto alla faccia posteriore.

Per la maggior parte delle applicazioni questa differenza non è rilevante, ma per le applicazioni in cui questo è un fattore importante, è possibile utilizzare apparecchiature ottiche speciali che allungano il punto focale per ottenere fori cilindrici anziché conici.

Configurazione di un progetto

Innanzitutto è necessario definire il diametro e la spaziatura delle microperforazioni di cui abbiamo bisogno per la nostra applicazione.

A seconda di questo diametro e del materiale del substrato, verranno selezionati il tipo di laser, la potenza e l'ottica necessari. Una volta selezionato, è necessario effettuare un'ottimizzazione dei parametri del laser (potenza, impulso, frequenza, separazione, ecc.).

Un consiglio è quello di eseguire un'ispezione mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) del risultato per verificare la qualità delle microperforazioni.

Applicazioni della Microforatura Laser

Le applicazioni di questo tipo di tecnica sono molto varie e coprono quasi tutti i settori, da quelli tipicamente più industriali come l'automotive o l'aeronautica, al settore medicale e all'alimentare, passando per i beni di consumo, la difesa ed il settore fashion.

Vediamo a continuazione alcuni esempi specifici di applicazioni che vengono utilizzate a seconda del tipo di materiale:

• Polimeri: è molto diffuso l'utilizzo della microforatura laser nei film plastici nel settore del packaging per realizzare aperture che favoriscono la conservazione dei prodotti, mentre nel settore alimentare viene utilizzata per prolungare la vita di prodotti deperibili come frutta e verdura, generando atmosfere controllate. Una delle applicazioni meno diffuse, invece, è la microperforazione di plastica rigida, che può essere utilizzata per realizzare punti di luce invisibili che diventano visibili quando la luce li attraversa.
• Metallo: le principali applicazioni nei settori più industriali sono la realizzazione di iniettori per turbine o automobili, e nel settore sanitario la realizzazione di apparecchiature medicali, dove è richiesta un'elevata precisione e dimensioni molto ridotte. Tuttavia le applicazioni sono molteplici, come la sostituzione delle lavorazioni convenzionali con pressa.

Vantaggi

La microperforazione laser ha molteplici vantaggi, qui ne riassumiamo alcuni:

• Dimensione minima del foro, ottenibile solo con questa tecnica, date le diverse configurazioni ottiche disponibili.
• Non necessita di materiali aggiuntivi ed è rispettosa dell'ambiente, in quanto non genera scarti.
• Capacità di perforare qualsiasi materiale se viene scelto il laser giusto.
• Possibilità di realizzare fori molto ravvicinati tra loro, di grande precisione e senza cedimenti del materiale circostante.
• Elevata velocità di perforazione, facile applicazione per processi in sequenza senza la necessità di fermare i pezzi.

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