Microtaglio di lamiere sottili con laser al femtosecondo

Questo lavoro di tesi si pone l'obiettivo di analizzare e studiare la radiazione laser e in particolare quella pulsata con durata delle pulsazioni dell'ordine dei femtosecondi, con le relative applicazioni. Lo studio delle principali tecniche di lavorazione ed in particolare del microtaglio laser di lamiere sottili di acciaio inossidabile sono il principale focus.

L'elaborato consta di cinque capitoli: il primo riguarda una panoramica sul laser, in che modo e con quali differenti tecniche si può giungere alla formazione di impulsi di diversa durata e le principali caratteristiche geometriche e non, utili ai fini di comprendere meglio la fase sperimentale; il secondo capitolo tratta i principali campi applicativi delle microlavorazioni laser ad impulsi nel range del femtosecondo, tra le quali microforatura e microfresatura; nel terzo capitolo invece viene esposto in che modo tale tecnica laser si applica nel microtaglio ed, in particolare, di lamierini metallici (cenni su materiali non metallici sono stati esposti), facendo alcuni esempi di lavorazioni ed enfatizzando le migliorie importate dagli impulsi ultrabrevi; successivamente, nel quarto capitolo, vengono esposti i procedimenti e gli studi effettuati per giungere alla realizzazione di alcuni lamierini di acciaio (AISI 304) su cui sono state effettuate operazioni di microtaglio tramite tecnologia al femtosecondo, saranno esposte: caratteristiche tecniche operative della macchina, progettazione dell'esperimento tramite piano sperimentale, ricerca della profondità di campo della macchina utilizzata, geometrie e dimensioni tagliate durante le prove, confronti ed analisi qualitativa tra le varie prove effettuate; l'ultimo capitolo, il quinto, rappresenta le conclusioni dell'intero lavoro di tesi.
Lungo il corso di tale lavoro verranno studiate le caratteristiche operative e di progetto delle principali tecniche di realizzazione degli impulsi laser, andando alla ricerca dei parametri che ne caratterizzano il funzionamento. Tra i principali parametri verranno enunciati: la potenza della sorgente laser, la velocità di lavorazione e, di conseguenza, il relativo valore di overlapping, la frequenza di ripetizione degli impulsi e la durata del singolo impulso. Esempi sulle diverse tecniche e sulle principali lavorazioni verranno esposti, facendo particolare evidenza ai vantaggi e alle migliorie che gli impulsi al femtosecondo comportano. Verranno analizzate applicazioni industriali come microforatura e microfresatura e il relativo modo in cui il laser agisce e permette l'asportazione di materiale, con conseguente proposta di esempi pratici delle tipiche lavorazioni (microfori, stent, nozzles). Nel terzo e nel quarto capitolo verrà presentata un'analisi tecnica ed operativa sui microtagli di lamiere sottili, principalmente di materiali metallici come acciai, tramite laser pulsato con durata degli impulsi di 220 fs. Il terzo capitolo corrisponde al background teorico del quarto in quanto vengono esposte le modalità con cui il microtaglio avviene e l'influenza che i diversi parametri hanno sulla qualità e sulle dimensioni caratteristiche dei provini.
Nel capitolo sperimentale invece verranno utilizzate le informazioni trovate in bibliografia e gli esperimenti effettuati per trovare il set di parametri che al meglio ottimizza le lavorazioni di microtaglio. Tra tutti i processi effettuati, infine, verranno esposte le lavorazioni migliori, tramite acquisizioni al microscopio ottico, e analizzati confronti dimensionali tra il modello progettato e il lavoro finale e tra le varie lavorazioni stesse.