Laser a CO2

Il laser a CO2 (o laser ad anidride carbonica) è stato uno dei primi laser a gas ideati dall’ingegnere elettronico Kumar Patel nei Laboratori Bell nel 1964. Da allora, il laser a CO2 è ancora oggi uno dei sistemi laser più utilizzati al mondo.

Il laser CO2 produce un raggio di luce infrarossa con bande di lunghezza d’onda principali centrate su 9,4 e 10,6 micrometri (μm).

Il suo principale pregio è quello di essere molto efficiente: con un rapporto tra potenza di uscita e potenza della pompa può raggiungere il 20%. I laser CO2 sono laser ad onda continua con la più alta potenza attualmente disponibile nel mercato.

Che cos’è un Laser?

La parola laser deriva dall’acronimo inglese Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Significa “amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione”.

Light
Amplification by
Stimulated
Emission of
Radiation

Tecnicamente è un dispositivo optoelettronico (che interagisce con la luce), in grado di emettere un fascio di luce che rispetta la proprietà della coerenza di fase.

Il mezzo laser attivo (chiamato anche mezzo di guadagno o mezzo laser) è la fonte del guadagno ottico all’interno di un laser. Il guadagno deriva dall’emissione stimolata di transizioni elettroniche o molecolari a uno stato di energia inferiore da uno stato di energia superiore precedentemente popolato da una sorgente di pompa.

La sorgente laser è quindi una lampada con caratteristiche particolari:

• Monocromaticità: La luce emessa ha una singola lunghezza d’onda
• Direttività: La luce è emessa secondo una sola direzione
• Brillanza: La luce emessa possiede una elevatissima brillanza (W/cm2sr)

La monocromaticità è responsabile dall’azione selettiva sui vari materiali. I metalli, tranne quelli ferrosi, presentano un basso assorbimento alla lunghezza d’onda del Laser a CO2. Le plastiche, in genere, presentano invece un forte assorbimento.

Per le lavorazioni sui metalli è indicato il Laser a Fibra ottica, con lunghezza d’onda 1.06 μm. Per le lavorazioni sulle plastiche, legno, pelle, marmo, ecc. è invece indicato il Laser a CO2, con lunghezza d’onda 10.6 μm.

Le macchine Otlas usano sorgenti laser El.En. Le sorgenti che vengono montate sui nostri sistemi laser possono essere sigillate (il gas viene sigillato all’interno della cavità) RF88 – RF177 – RF303 (rispettivamente 80-180-300 Watt di potenza).

Oppure semi-sigillate (il gas viene riempito settimanalmente in automatico all’interno della cavità) RF333 – RF555 – RF777 – RF899 / 888 – RF1222 (rispettivamente di 350-550-750-850-1200 Watt di potenza).

Per direttività si intende che tutta la luce emessa dalla sorgente laser si trova all’interno di un tronco di cono con base superiore pari al diametro del fascio laser in uscita dalla sorgente e con un’apertura di circa 1 mrad.

La brillanza in fisica è il rapporto tra l’intensità di luce di una superficie irraggiante e l’unità di quest’ultima. Rapporto tra la potenza emessa ed il prodotto della superficie del fascio e l’angolo solido di emissione.

B = P/(α.πφ2/4)

Ecco alcuni esempi di brillanza a confronto tra una sorgente laser CO2 (come il laser RF333) e il sole nel suo punto più alto.

L’elevata brillanza del laser CO2 permette di concentrare l’energia emessa dalla sorgente laser, raggiungendo una densità di potenza tale da consentire il taglio e la marcatura di diversi materiali. Tra questi la pelle, il legno, il marmo, la plastica, ecc. Questa sua particolare caratteristica, permette inoltre di utilizzare il laser CO2 per tagliare e saldare i metalli.
Le sorgenti che sono montate sui nostri sistemi laser ad anidride carbonica sono a radiofrequenza. Questo significa che il gas contenuto tra due cavità metalliche viene eccitato tramite due scariche elettriche.
In questo modo si ottengono laser modulabili che hanno la capacità di variare la potenza in maniera repentina. Ciò da la possibilità di essere controllati in maniera molto più efficiente.
Con i laser a radiofrequenza usati sulle macchine Otlas si possono garantire anche variazioni di potenza dell’1%. È un grosso vantaggio per chi decide di utilizzare una macchina laser CO2 per lavori di marcatura tra cui ad esempio incisione, l’asportazione, il rinvenimento, lo scolorimento e la schiumatura.
Infatti la qualità della marcatura con laser CO2 permette di imprimere, ad esempio, un’immagine raster a scala di grigi (256 livelli di grigio in formato bmp, jpg, ecc.) rispettando tutti i suoi 256 livelli di grigio. È come se si stampasse un’immagine fotografica di alta definizione.

Source RF777 back view

Per prevenire il degradarsi delle prestazioni nel tempo, la sorgente è provvista di un sistema automatico che rimpiazza il gas al suo interno. Ogni 15 giorni, il gas è completamente sostituito con del gas fresco, prelevato da una bomboletta di 12Nl@12 Bar.

Il volume di gas all’interno della sorgente è di 0.4 Nl, così la bombola garantisce l’operatività per 6 mesi per I modelli RF333, RF555, RF777 e di 12 week per I modelli RF888 e RF899.