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Il Laser UV e le sue applicazioni industriali

Dalla microlitografia alla marcatura passando per la perforazione, le applicazioni dei laser a raggi ultravioletti (UV) rappresentano uno dei segmenti a più rapida crescita del mercato dei laser industriali.
Questa crescita è dovuta agli esclusivi vantaggi di lavorazione offerti dal laser a lunghezza d’onda corta, nonché ai progressi della tecnologia laser ultravioletta a stato solido.

Le tecnologie laser si sono diffuse in maniera esponenziale con l’automatizzazione dei processi industriali.
La tendenza all’accorciamento della lunghezza d’onda è una conseguenza della qualità dei processi tecnologici e dalla richiesta di miglioramento della velocità.
Attualmente i laser UV sono ampiamente utilizzati tanto nella scienza come nell’industria.
Le principali applicazioni sono la ricerca, la spettrometria di massa, le applicazioni nell’ambito medico ed in particolare in dermatologia e oncologia, nella biologia e nella litografia.
I macchinari laser dell’azienda italiana Evlaser offrono inoltre alle imprese manifatturiere la possibilità di realizzare diverse operazioni tra cui incisione di utensili, marcatura di vetro e materiali sintetici, micromachining di alta precisione. La marcatura laser UV viene impiegata in diversi ambiti come l’elettronica ed i semiconduttori, la lavorazione di sensori, fori negli iniettori diesel e scavi 3D di elevata precisione su diversi tipi di metalli.

Le diverse esigenze delle varie applicazioni industriali hanno indotto i produttori di laser UV a sviluppare due gruppi distinti di laser pulsati: laser ad alta velocità di ripetizione (onda quasi continua) e laser ad alta potenza di uscita.
Esistono diversi vantaggi nelle lavorazioni con laser UV rispetto a lunghezze d’onda più lunghe.
La luce laser a infrarossi o visibile di solito lavora i materiali producendo un intenso riscaldamento locale che può fondere o vaporizzare il pezzo. Sfortunatamente, questo riscaldamento può causare danni alle aree circostanti limitando sia la resistenza dei bordi che la capacità di creare dettagli piccoli e precisi.
Al contrario, il laser UV rompe direttamente i legami che tengono insieme i costituenti atomici di un materiale. Questa atomizzazione è un processo “a freddo”, che non produce praticamente alcun riscaldamento periferico. Questa caratteristica rende il laser UV uno strumento ideale per la lavorazione di materiali delicati, come lattice sottile e plastica. Consente inoltre la creazione di segni, fori o tagli precisi in praticamente qualsiasi cosa, dai metalli ai semiconduttori. La capacità dei laser UV di eseguire lavorazioni di precisione è ulteriormente rafforzata dal fatto che il diametro minimo di uno spot laser focalizzato è direttamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda (a causa della diffrazione); quindi, una lunghezza d’onda più corta significa una maggiore risoluzione spaziale.

Per molti anni le uniche sorgenti dei laser UV sono state i gas: laser ad eccimeri per applicazioni pulsate e laser a ioni ed elio-cadmio per applicazioni ad onda continua. Ognuna di queste tecnologie presentava in passato certi vantaggi e svantaggi per l’uso industriale, tra cui un ingombro elevato, un’affidabilità limitata ed un elevato consumo energetico. Fortunatamente, gli ultimi decenni sono stati il palcoscenico di enormi progressi nella tecnologia laser a stato solido pompata a diodi.
Sono stati compiuti notevoli sforzi di progettazione per ottimizzare il modo in cui l’uscita laser della pompa è accoppiata al cristallo laser, nonché per migliorare il design opto-meccanico del risonatore laser. La combinazione risultante offre elevata potenza di picco, eccellente qualità della modalità e stabilità di puntamento elevata a lungo termine, il che ha consentito lo sviluppo di laser affidabili e molto più veloci nella lavorazione.
A questo si aggiungono i progressi nella tecnologia del laser a diodi che hanno portato la vita utile del laser ad oltre 10.000 ore, con notevoli vantaggi per le aziende.

La marcatura di semiconduttori ad alto gap di banda è una tipica applicazione industriale che beneficia dell’uso di laser UV ad altissima velocità di ripetizione.
La perforazione è un’altra delle applicazioni laser che sta crescendo in maniera costante e marcata negli ultimi anni per via dell’aumento della miniaturizzazione nei prodotti elettronici e nei beni di consumo, ed anche qui il laser UV svolge un ruolo cruciale.

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