Stato dell’arte della marcatura laser

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La marcatura laser sta diventando un processo molto comune in molteplici comparti industriali, garantendo un “marking” non a contatto, resistente alle abrasioni e utilizzabile praticamente su qualsiasi tipo di materiale.

La marcatura laser fa parte della disciplina nota come DPM, Direct Part Marking, cioè la marcatura diretta e permanente di una codifica o di una simbologia su un oggetto, operazione che può configurarsi anche come strumento di sicurezza e di garanzia d’origine. Tra i principali plus di un sistema laser rispetto ad altre tecnologie di marcatura, il fatto che non usa materiali di consumo, quali inchiostri o elementi chimici, da cui un processo pulito ed energeticamente efficiente, oltre che, come si dice, “environmentally friendly”. Vi sono differenti tipologie di mark ottenibili, a seconda del processo adottato. Per esempio con le tecniche di ablazione si possono selettivamente rimuovere parti di rivestimento di un materiale di base, ottenendo effetti di grande contrasto per esempio su alluminio anodizzato o plastica. Altra tecnica è quella denominata “annealing” (tempratura) utilizzabile per alcuni metalli, tipicamente acciaio inossidabile, acciaio o titanio, con i parametri del sistema laser che vengono precisamente controllati per creare la temperatura necessaria per operare con un dato materiale. Con il bonding si utilizza il calore generato dal laser per depositare una sostanza additiva su un substrato: da notare che questo processo differisce sostanzialmente da ablazione e incisione (engraving) in quanto di tipo additivo e non sottrattivo o di rimozione di materiale. Ancora, la decolorizzazione, tecnica utilizzata molto con substrati plastici, che causa la trasformazione in una specie di schiuma con una colorazione in contrasto con quella originale della parte. Infine, l’engraving, che vaporizza una parte di materiale per la profondità desiderata. Se queste sono le possibilità del laser marking, per saperne di più su tecnologie, criteri di scelta e applicazioni, abbiamo intervistato due tra i principali player di settore.

Le nostre interviste

Considerando un sistema laser per marcatura, quali soluzioni sono oggi disponibili? Quali gli sviluppi tecnologici più significativi dell’ultimo periodo?

Lorenzo Salvetti, di Panasonic Electric Works Italia, ci sottolinea che attualmente sono disponibili numerose sorgenti laser idonee a marcare plastiche, resine, carta, cartone, vetro e metalli, con l’avvertenza di utilizzare, secondo il materiale e l’effetto che si desidera ottenere, delle specifiche lunghezze d’onda; per esempio, i laser con sorgente CO2 e fibra riescono a incidere con ottimi risultati tutti questi materiali mediante l’emissione di impulsi di luce. «L’ultima generazione di tecnologia laser resa disponibile da Panasonic, specifica per il black laser marking del metallo, è basata su una nuova sorgente in fibra “ad onda continua”. La differenza rispetto alla tecnologia tradizionale è che il fascio laser non è costituito da una sequenza di impulsi bensì da un fascio continuo. Il risultato che si ottiene è una marcatura nera, perfetta, con un contrasto nettamente superiore rispetto alla tecnologia tradizionale a luce pulsata, molto resistente e soprattutto priva di rifollamento, cioè perfettamente liscia. Da prove comparative è emerso inoltre che la velocità del nostro marcatore LP-SW è superiore di almeno il 35% rispetto ai marcatori tradizionali». Marco Capoferri, Product Manager di Sei Laser, precisa che il laser, e l’optoelettronica in genere, è una tecnologia relativamente giovane (poco più di 50 anni) ed è quindi caratterizzata da una evoluzione continua, molto più evidente rispetto ad altre tecnologie tradizionali già mature da tempo. Nel caso specifico dei sistemi laser per applicazioni di marcatura (ma non solo) l’evoluzione ha portato come effetto più evidente ad aumentare le prestazioni e l’affidabilità nel tempo, riducendo drasticamente gli ingombri, ne più ne meno di quanto avviene nell’elettronica in genere. «Basti pensare che il nostro prodotto di punta per questa applicazione specifica è passato negli ultimi 15 anni attraverso vari step evolutivi, da un oggetto di quasi due metri di lunghezza per 5kW di assorbimento, e un intervallo di manutenzione di 500 ore, a quello che oggi è un “cubo” in pianta poco più grande di un foglio A4, con un assorbimento di 500W e un intervallo di manutenzione di oltre 20.000 ore. In questo processo bisogna riconoscere che lo sviluppo della tecnologia “a fibra” ha sicuramente dato un notevole aiuto, e questo è innegabile nel nostro caso: dato che siamo anche costruttori della parte laser e non semplici assemblatori, abbiamo avuto la possibilità di sviluppare sorgenti con caratteristiche fisiche personalizzate alla specifica applicazione. Attualmente abbiamo a listino sistemi laser che operano su lunghezze d’onda comprese fra i 355 e i 10600nm, in grado quindi di coprire la quasi totalità delle applicazioni industriali in cui il laser è presente».

Nella scelta di una data tecnologia laser non si può certo prescindere dal tipo di processo di marcatura interessato. Pur considerando questa premessa, a vostro avviso quali sono i criteri generali di valutazione su cui un utente dovrebbe basarsi?

Salvetti (Panasonic Electric Works) evidenzia come sul mercato siano presenti moltissimi player che si occupano di marcatura laser, e la scelta tra questi va fatta ovviamente in base alle specifiche richieste in termini di velocità, contrasto e definizione del tratto, anche se non ci si può limitare solo a questo in quanto vanno valutati anche i costi di gestione e i cosiddetti costi nascosti che le diverse tecnologie comportano: per esempio, recenti studi comparativi svolti da grandi aziende multinazionali hanno dimostrato sostanziali differenze nell’utilizzo di sorgenti in fibra FAYb o YAG. (Per precisazione, la prima sigla si riferisce a laser a fibra ottica mentre la seconda a laser a stato solido che usa come mezzo laser attivo un cristallo di ittrio e alluminio drogato con neodimio). «La scelta YAG rispetto alla fibra FAYb, pur essendo leggermente più conveniente in fase di acquisto, è risultata nettamente antieconomica nel giro di 2-3 anni per gli elevati costi di sostituzione della sorgente. Il laser in fibra FAYb è virtualmente privo di manutenzione, a tutto vantaggio dell’affidabilità delle macchine e quindi della continuità della produzione. I criteri di valutazione non devono a mio avviso fermarsi all’aspetto puramente tecnico o economico, bensì è importante valutare anche la presenza globale del fornitore di laser, la garanzia sui prodotti, che nel nostro caso arriva fino a 36 mesi, il livello di servizio e soprattutto l’esperienza del personale tecnico. Tutti questi ingredienti possono guidare le aziende a scegliere il migliore fornitore per le proprie esigenze». Capoferri (Sei Laser) ci ricorda che il marcatore laser è uno strumento caratterizzato da un elevatissimo contenuto tecnologico e come tale richiede una gestione differente rispetto a come si è abituati a operare con altri utensili “tradizionali”, sicuramente meno problematica e complessa di altri “utensili” ma imprescindibile per preservarne la funzionalità. «Quindi dal mio punto di vista il primo criterio di valutazione cui attenersi è sicuramente l’affidabilità del fornitore, ovvero la sua capacità di fornire un servizio post vendita adeguato nel tempo. Sembra scontato ma per molti non lo è affatto».

Nell’ambito dell’argomento che stiamo trattando, vi sono esperienze di successo di cui, direttamente o come fornitori di tecnologia, siete stati protagonisti?

I più grandi fornitori di componenti automotive, afferma Salvetti, hanno scelto i marcatori laser Panasonic per la tracciabilità interna ed esterna della produzione. «Il settore automotive è uno di quelli con esigenze più elevate, sia in termini di qualità che, soprattutto, di continuità di servizio. La scelta effettuata dai nostri clienti è stata dettata dall’affidabilità dimostrata nel tempo dai nostri marcatori laser, dalla qualità molto elevata del tratto e dalla facilità di configurazione e installazione. Da un’analisi interna abbiamo verificato che gli utenti che acquistano un marcatore Panasonic, se devono acquistarne altri, nel 92% dei casi scelgono nuovamente un nostro prodotto. Questo dato dà una chiara indicazione sul livello di soddisfazione dei clienti». Nel mondo industriale, ci dice Capoferri (Sei Laser), si tende ad assimilare il sistema di marcatura laser auna stampante da utilizzare per l’esecuzione di semplici operazioni di codifica e tracciabilità dei prodotti, tipicamente in sostituzione di altre tecnologie di stampa. In realtà il laser consente di eseguire operazioni che vanno al di là della semplice codifica, per esempio permette operazioni di saldatura, di scribing selettivo (rimozione di parti) o addirittura di taglio. «Viene da se che la marcatura laser offre enormi vantaggi soprattutto in quelle situazioni in cui è richiesta una flessibilità anche in tal senso. Un esempio di successo che utilizzo spesso per spiegare questo concetto è quello relativo a un’applicazione sviluppata per una multinazionale del settore elettronico dove si è partiti per eseguire una semplice codifica in linea di cover plastiche e si è arrivati alla modifica pezzo per pezzo delle caratteristiche funzionali del singolo oggetto grazie alla rimozione e interruzione selettiva di alcune piste nel circuito».

I laser a fibra sono da più parti considerati come una nuova frontiera tecnologica; siete d’accordo con questa affermazione? E se sì, quali ritenete siano le motivazioni? Quali tipologie di applicazioni possono trarre i maggiori benefici?

Per Salvetti (Panasonic Electric Works) i laser con sorgente in fibra rappresentano lo stato dell’arte per quanto riguarda la marcatura di metalli e di molti tipi di plastiche, e sono stati fatti grandissimi passi avanti rispetto alla precedente generazione basata su sorgenti YAG. «I principali vantaggi dei laser in fibra, o FAYb, sono legati alla migliore qualità del fascio, convalore M2 tendente a 1, migliore stabilità degli impulsi e soprattutto la quasi totale assenza di manutenzione. Grazie a quest’ultima caratteristica i costi di gestione sono praticamente azzerati a tutto beneficio della competitività dell’utilizzatore e, non da ultimo, della continuità produttiva. Molte aziende hanno scelto i nostri laser in fibra soprattutto per l’elevata affidabilità garantita anche in ambienti molto gravosi di utilizzo». Salvetti ci ricorda anche che a partire dal 1999 Panasonic è stata la prima azienda al mondo a commercializzare i laser in fibra, e questo ha portato l’azienda giapponese ad avere un grande vantaggio competitivo tecnologico. «Oggi Panasonic rappresenta uno dei maggiori player a livello mondiale con un’offerta ampia e completa per la maggioranza delle applicazioni di marcatura industriale». Anche per Capoferri (Sei Laser), i laser in fibra rappresentano già oggi una realtà affermata in diversi processi industriali, e la motivazione è da ricondurre alla loro semplicità di utilizzo, all’elevata affidabilità di questa tecnologia e alla ridotta manutenzione, con contenuti costi di esercizio. «A mio avviso le maggiori potenzialità applicative per questa tecnologia sono le applicazioni di taglio e saldatura metalli e termoplastiche. Per quanto riguarda le applicazioni di marcatura, invece, molto dipenderà dall’evoluzione dei materiali; per esempio le termoplastiche non additivate specificatamente per le applicazioni laser reagiscono con livelli energetici molto più elevati rispetto alle emissioni tipiche dei laser in fibra per marcatura da cui un limite dell’applicazione della tecnologia a fibra in questi casi. Penso però che si tratti di un problema che si risolverà con l’introduzione massiva di materiali pienamente compatibili con la tecnologia laser in fibra, via via che questa si diffonderà: è una questione di tempo».

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