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LASER BEAM MACHINING

LASER BEAM MACHINING. Prof. Gino Dini – Università di Pisa. Lavorazioni tramite energia termica. Laser Beam Machining (LBM). fotoni. lente di focalizzazione. gas d’apporto. pezzo. Luce laser. non monocromatica non coerente elevata divergenza bassa intensità luminosa. monocromatica

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Presentation Transcript

  1. LASER BEAM MACHINING Prof. Gino Dini – Università di Pisa

  2. Lavorazioni tramite energia termica Laser BeamMachining (LBM) fotoni lente di focalizzazione gas d’apporto pezzo

  3. Luce laser • non monocromatica • non coerente • elevata divergenza • bassa intensità luminosa • monocromatica • coerente • bassa divergenza • elevata intensità luminosa

  4. Brillanza di alcune sorgenti Sorgente Schermo TV Luna LED Cielo chiaro Fiamma di candela Sole all’orizzonte Lampada ad incandescenza Lampada a vapori di mercurio Sole allo zenit Laser focalizzato in continua Laser focalizzato impulsato Brillanza (stilb) 0,08 0,25 0,68 0,80 1,00 600,00 1.000,00 30.000,00 165.000,00 10.000.000.000,00 100.000.000.000.000,00

  5. Effetto laser

  6. Effetto laser

  7. Effetto laser

  8. Distribuzione di Boltzmann E E2 T E1 N2 N1 N

  9. Inversione della popolazione E E2 E1 N1 N2 N

  10. Materiale a 3 livelli energetici E E3 E2 T E1 N3 N2 N1 N

  11. Materiale a 3 livelli energetici E E3 E2 E1 N1 N3 N2 N

  12. rapida laser Materiale a 3 livelli energetici p

  13. Materiale a 4 livelli energetici E E3 E2 T E1 E0 N3 N2 N1 N0 N

  14. Materiale a 4 livelli energetici E E3 E2 E1 E0 N3 N1 N2 N0 N

  15. rapida laser rapida Materiale a 4 livelli energetici p

  16. Direzionalità del fascio

  17. Direzionalità del fascio

  18. Direzionalità del fascio

  19. Direzionalità del fascio

  20. Modi risonanti della cavità m = 12 l1 l2 m = 14 L

  21. Elementi caratterizzanti un laser • Regime emissione energia • Metodo di pompaggio • Materiale attivo • Distribuzione energetica trasversale

  22. Materiale attivo • laser a gas • laser allo stato solido • laser a fibra

  23. Laser a gas

  24. Transizioni del laser He-Ne E 3,39 mm 1s 3s 3p 3s 2s 0,6328 mm 1,15 mm 2p Elio Neon

  25. Transizioni del laser a CO2 E N2 eccitato CO2 eccitato 10,6 mm Azoto CO2

  26. Laser a fibra l = 1,55 mm l = 0,98 mm

  27. Laser a fibra

  28. Tabella riassuntiva Laser Lunghezza d’onda Potenza Regime [mm] [W] He-Ne 0,6328 1,15 3,39 0,001 - 0,05 continuo CO210,6 fino a 20.000 continuo o impulsato Rubino 0,6943 500 J impulsato Nd-YAG1,06 fino a 1.000 continuo o impulsato Erbio 1,55 oltre 1.000 continuo o impulsato

  29. Modi trasversali di un laser

  30. Esempio di sorgente laser CO2 Soitaab SL50

  31. Esempio di sorgente laser CO2 Soitaab SL50 Potenza: 5.000 W Campo di variazione: 1.000 - 5.000 W Stabilità della potenza: ± 2% Lunghezza d’onda: 10,6 mm Modo trasversale: TEM0,0 e TEM1,1 Diametro del fascio in uscita: 44 mm Divergenza del fascio: ± 3 mrad per TEM0,0 Tempo di riscaldamento: 10’

  32. Micro-foratura con fascio laser

  33. Percussiondrilling

  34. Percussiondrilling: rifocalizzazione

  35. Trepanning

  36. Taglio con fascio laser

  37. Taglio con fascio laser

  38. Micro-taglio con fascio laser

  39. Saldatura laser

  40. Saldatura keyhole

  41. Vantaggi dell’LBM • elevati valori di densità di potenza • assenza contatto utensile-pezzo • assenza usura utensile • fascio facilmente direzionabile • non occorre lavorare sotto-vuoto • zona termicamente alterata ridotta • ridotte distorsioni termiche

  42. Svantaggi dell’LBM • impianti costosi • danneggiamento termico sui materiali sensibili al calore • superfici craterizzate • elevata precisione di posizionamento dei pezzi • influenza della riflettività

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