Lavorazione materiale con il laser

Il trattamento superficiale laser conferisce al materiale o al pezzo proprietà particolari adatte alla sua messa in opera o alla sua utilizzazione.
Il laser è particolarmente indicato nel campo dei trattamenti superficiali in quanto permette di ottenere elevate concentrazioni energetiche, e il raggiungimento di elevate temperature superficiali in frazioni di secondo, con piccola alterazione termica del materiale sottostante e con deformazioni residue trascurabili.
A seconda dalla densità di energia del fascio incidente, dal tempo di interazione, dalla distribuzione spaziale del fascio e dalla sua lunghezza d'onda, e dalle caratteristiche termofisiche del materiale è possibile ottenere diversi effetti sulla superficie del materiale.
Nel caso di un processo di tipo termico il rapido riscaldamento e il conseguente veloce raffreddamento del materiale interessato dal passaggio del fascio laser può provocare, a seconda dei valori di temperatura raggiunti sulla superficie di un materiale, trattamento termico, fusione o vaporizzazione.
Nel caso in cui l'interazione è di tipo fotochimico è possibile rimuovere sottili strati superficiali di materiale a causa della rottura dei legami molecolari provocata dall'assorbimento della radiazione incidente.

La rimozione della pittura si ottiene mediante un processo di vaporizzazione prodotto dall'impatto del fascio con il mezzo da rimuovere.
I prodotti che si ottengono sono vapori e particolato solido di piccolissime dimensioni che mediante aspiratori muniti di filtri idonei vengono rimosse dall'area di lavoro.
I rifiuti, quindi, sono legati solo al materiale asportato e non come tradizionalmente avviene, composti anche dai solventi chimici o dalle polveri abrasive utilizzate nel processo di rimozione.
La possibiltà di trasportare il fascio laser nello spazio mediante specchi permette di raggiungere punti difficilmente accessibili.
Le applicazioni sono di particolare rilevanza nel campo aeronautico, dove il Centro Laser ha sviluppato una notevole esperienza.
Il Centro Laser possiede la tecnologia in grado di rimuovere le pitture da tutti i substrati metallici e da substrati compositi in materiale termoplastico.
Sono state sviluppate competenze nella rimozione di pitture a base di resine differenti come epossidiche, siliconiche, poliuretaniche, poliesteri, acriliche.
Un altro grande vantaggio dell'impiego del laser è la selettività del processo di sverniciatura.
Infatti è possibile rimuovere strati di pittura parziali dello spessore voluto, preservando lo strato sottostante.

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Il Centro Laser in collaborazione con il Dipartimento di Chimica dell'Università di Bari, svolge un progetto di ricerca per la realizzazione di film sottili con la tecnica P.L.D. (Pulsed Laser Deposition) assistita da plasma.
A tale scopo si è realizzato un sistema di diagnostica in situ, in modo tale da poter determinare le correlazioni tra il materiale ablato e i film depositati.
Sebbene gli effetti della presenza del plasma R.F. non siano rilevanti durante le prime fasi di espansione del plume indotto dal laser, lo studio delle caratteristiche dei film depositati evidenziano che il plasma gioca un ruolo determinante nella fase di deposizione.
Infatti le specie attive presenti nella scarica R.F. favoriscono l'attivazione della superficie e l'incorporazione degli atomi presenti nel gas di background.
Inoltre la configurazione da noi adottata per la generazione della scarica R.F. ha permesso la quasi totale eliminazione del particolato.
Lo studio dell'effetto del plasma remoto, innescato esternamente alla camera da deposizione, è ancora in corso e pare influire sulla stechiometria ma non sulla morfologia.
I film finora depositati si rivolgono ad applicazioni ottiche, come rivestimenti di lenti e guide d'onda attive per applicazioni in seconda finestra (l=1,3 mm).

Per la pulitura di metalli e materiali lapidei generalmente sono usati metodi chimici (solventi) o agenti meccanici quali le polveri abrasive, che talvolta procurano danni irreparabili al materiale da ripulire.
Alcuni studi sull'applicazione del laser in questo settore hanno dimostrato che tale tecnica, eliminando qualsiasi contatto con il manufatto da ripulire, consente di esercitare un'azione meno invasiva, circoscrivendo esattamente l'area di intervento.
Tali "performances" sono state ben accolte nel settore del restauro monumentale dove gli interventi che si richiedono corrispondono esattamente alle prestazioni che si raggiungono con il laser:

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Il processo di rimozione di materiale mediante fascio laser consiste essenzialmente in una rapida vaporizzazione dell'area sottoposta all'irraggiamento.
Inviando un treno di impulsi laser di brevissima durata (alcuni nanosecondi), gli strati superficiali dell'area investita dal fascio laser (spessore di circa 10^-10 m) sono in parte vaporizzati ed in parte frammentati ed espulsi con un limitato innalzamento della temperatura della zona circostante l'area di intervento.