Vetro e ceramica
I materiali vetrosi e ceramici sono inorganici e non metallici. Essi condividono molte proprietà fisiche, incluse la durezza, la rigidità e la friabilità. La differenza principale fra questi due tipi di materiali risiede nel fatto che il vetro è amorfo, mentre la ceramica è cristallina. Il tipo di vetro più comune è quello sodico-calcico, costituito per la maggior parte da silice (sabbia) con l'aggiunta di carbonato di sodio (soda) e ossido di calcio (calce). L'uso di soda e calce come additivi facilita la modellazione del vetro ad alta temperatura per realizzare stoviglie, vetri per finestre, ecc. Esistono anche vetri tecnici, che prevedono l'uso di additivi diversi per fornire alcune proprietà, come la resistenza alle alte temperature o l'elevata robustezza. La ceramica è formata creando una densa miscela liquefatta di ossidi, nitruri o carburi cristallini. La miscela viene modellata nella forma desiderata e poi cotta ad alta temperatura per creare un pezzo di ceramica solida. Le prime ceramiche furono realizzate cuocendo l'argilla per produrre vasellame e piastrelle. I materiali ceramici moderni, come l'allumina (ossido di alluminio) e il carburo di tungsteno, sono altamente tecnici, in grado di fornire proprietà come l'isolamento elettrico e la resistenza all'usura. I metodi di lavorazione laser più comuni per i materiali di vetro e ceramica sono la marcatura e l'incisione. Consulta il nostro Elenco dei fornitori di materiali per visualizzare i fornitori di vetro e ceramica.
Tipi di materiali vetrosi e ceramici
Ceramica
- Allumina
- Alluminosilicato
- Terracotta
- Piastrella smaltata
- Piastrella lucidata a laser
- MACOR™
- Porcellana
- Piastrella di Saltillo
- Grès porcellanato
- Carburo di tungsteno
- Zirconio
Vetro
- Vetro alluminosilicato
- Vetro Dragontrail
- Vetro Gorilla®
- Vetro Xensation®
- Vetro borosilicato
- Vetro cristallo al piombo
- Vetro di quarzo
- Vetro sodico-calcico
Tipi di processi laser
I laser svolgono un ruolo sempre maggiore nella lavorazione dei materiali, dallo sviluppo di nuovi prodotti alla produzione di grandi volumi. Per tutti i processi, l'energia di un raggio laser interagisce con un materiale per trasformarlo in qualche modo. Ciascuna trasformazione (o processo laser) è controllata mediante la regolazione precisa della lunghezza d'onda, della potenza, del ciclo operativo e del tasso di ripetizione del raggio laser. Fra tali processi laser, vi sono i seguenti:Tutti materiali hanno caratteristiche uniche, che determinano il modo in cui il raggio laser interagisce e, di conseguenza, modifica il materiale. I processi più comuni per il vetro e la ceramica sono i seguenti:
Incisione laser di vetro e ceramicaL'energia di un raggio laser a CO2 riscalda localmente i materiali di vetro e ceramica, provocando delle micro fratture sulla superficie del materiale. Ripetuti passaggi di lavorazione laser provocano l'ampliamento di queste fratture fino al distacco di piccoli frammenti. Dopo vari passaggi con il laser, sulla superficie del materiale si crea un'incisione profonda e ben definita. Di solito la profondità dell'incisione laser dei materiali vetrosi e ceramici va da 300 a 375 micron (da 0,012" a 0,015"). Per l'incisione del materiale vetroso e ceramico si utilizzano più passaggi, al fine di evitare un accumulo di calore eccessivo che potrebbe causare la rottura del materiale. Dopo l'incisione la superficie deve essere pulita con una spazzola dura per rimuovere i frammenti distaccati di materiale.Marcatura laser di vetro e ceramicaNel caso del vetro, l'energia di un raggio laser a CO2 riscalda localmente la superficie, provocando delle micro fratture. Le fratture diffrangono la luce, creando un aspetto satinato luminoso in corrispondenza dell'area marcata a laser. Per alcune ceramiche è possibile utilizzare un laser a CO2 o un laser a fibra, per creare una marcatura visibile senza rimuovere una quantità significativa di materiale. L'energia laser scurisce la ceramica, creando un segno nitido e ben definito. La marcatura laser può essere utilizzata per trasmettere informazioni, come un numero di serie o un logo.
Processo combinato I processi di incisione e marcatura laser descritti in precedenza possono essere combinati senza dover spostare o rifissare la parte.
Considerazioni generali sui sistemi laser per vetro e ceramica
Dimensioni della piattaforma - Deve essere sufficientemente larga per contenere i pezzi di vetro o ceramica più grandi che saranno lavorati con il laser o essere dotata di una capacità di Classe 4 per la lavorazione di pezzi di grandi dimensioni
Lunghezza d'onda - Per l'incisione laser di vetro e ceramica e per la marcatura del vetro, oltre che per la marcatura di determinati materiali ceramici come la zirconia, si consiglia un laser a CO2 con una lunghezza d'onda di 10,6 micron. Per la marcatura laser di determinati materiali ceramici come l'alluminosilicato, si consiglia un laser a fibra con una lunghezza d'onda di 1,06 micron
Potenza laser - Per l'incisione laser di vetro e ceramica e per la marcatura del vetro, oltre che per la marcatura di determinati materiali ceramici come la zirconia, si consiglia un laser a CO2 con almeno 40 watt di potenza. Per la marcatura laser di determinati materiali ceramici come l'alluminosilicato, si consiglia un laser a fibra con almeno 40 watt di potenza
Lente - Per l'incisione e la marcatura laser di materiali vetrosi e ceramici, l'opzione migliore è una lente con una dimensione del punto focale ridotta (meno di 125 micron o 0,005")
Scarico - Deve avere un flusso sufficiente per rimuovere gas e particelle generati dalle apparecchiature per l'incisione e la marcatura laser di vetro e ceramica
Air Assist - Fornisce un getto d'aria vicino al punto focale del laser per aiutare a rimuovere i frammenti di vetro e ceramica prodotti durante la lavorazione laser.
Considerazioni su ambiente, salute e sicurezza della lavorazione di vetro e ceramica mediante laser
Le interazioni tra laser e materiale creano quasi sempre effluente gassoso e/o particolato. I sottoprodotti della lavorazione laser devono essere convogliati verso l'ambiente esterno. Oppure, è possibile trattare i prodotti di scarico prima con un sistema di filtrazione e poi convogliarli a un ambiente esterno. Tutti i processi laser generano calore. Pertanto, occorre sempre monitorare la lavorazione laser dei materiali vetrosi e ceramici.
