Come funziona la lavorazione assistita da laser per materiali ad alta durezza?

I laser, suddivisi in laser a onda continua e laser a impulsi, rappresentano una tecnologia di grande interesse nella lavorazione assistita, grazie alle loro caratteristiche uniche come l’alta concentrazione di energia, la buona controllabilità e l’elevata precisione. L’elemento centrale della lavorazione assistita da laser è l’effetto termico generato dall’irraggiamento laser, che consente di riscaldare e ammorbidire localmente il materiale, migliorandone la lavorabilità. Questo metodo si impiega prevalentemente per materiali ad alta durezza, spesso difficili da lavorare con metodi tradizionali di taglio o rettifica.

La tornitura assistita da laser è particolarmente studiata, con due principali filoni di ricerca: la tornitura con preriscaldamento laser e la tornitura con diamante assistita in situ. Nel primo caso, il laser riscalda il materiale prima della lavorazione, riducendo la forza di taglio e aumentando l’efficienza operativa. Studi sperimentali su leghe difficili come l’Inconel 718 hanno mostrato una diminuzione significativa delle forze di taglio e un miglioramento del 25% della finitura superficiale, oltre a un aumento dell’80% della velocità di asportazione materiale.

La tornitura ad alta velocità con densità di potenza elevata, come nel caso dei compositi a matrice metallica Al-SiC, consente di rimuovere tempestivamente lo strato riscaldato evitando un trasferimento termico eccessivo al resto del pezzo, migliorando così la produttività. L’evoluzione della morfologia dei trucioli in materiali come Ti-6Al-4V, simulata con modelli termo-meccanici accoppiati, evidenzia come l’instabilità termo-plastica indotta dal laser modifichi profondamente il processo di deformazione.

Particolare attenzione viene dedicata alla transizione da comportamento fragile a duttile nei materiali ceramici durante la lavorazione. La tornitura con diamante singolo, combinata con riscaldamento laser, sfrutta la trasformazione di fase ad alta pressione per permettere una rimozione duttile anche di materiali molto fragili. Questo non solo riduce le forze di taglio, ma può anche diminuire l’usura degli utensili, migliorando la precisione dei processi di finitura.

Innovazioni come il metodo HE-LAT, che ottimizza la guida del fascio laser sulla superficie dell’utensile, migliorano l’efficienza del riscaldamento e consentono di ottenere superfici ottiche omogenee su materiali duri e fragili, riducendo significativamente le tensioni residue nel pezzo lavorato.

La modellazione termica e meccanica avanzata, supportata da simulazioni FEM, permette di prevedere con precisione la distribuzione delle temperature e l’evoluzione dei fenomeni di deformazione e rottura, consentendo di ottimizzare i parametri di processo per minimizzare i danni superficiali e migliorare la qualità finale.

La comprensione dei meccanismi alla base della lavorazione assistita da laser permette di sfruttare appieno i vantaggi di questa tecnologia, come la riduzione delle forze di taglio, il miglioramento della finitura superficiale e l’aumento della produttività, specialmente nei materiali tradizionalmente difficili da lavorare. Inoltre, il controllo preciso dell’apporto termico garantisce la minimizzazione degli effetti indesiderati, come il danno termico o l’alterazione delle proprietà meccaniche del materiale.

È essenziale considerare che la lavorazione assistita da laser non è un semplice riscaldamento del pezzo, ma un processo complesso in cui l’interazione tra luce, calore e materia influisce profondamente sulle proprietà meccaniche, strutturali e chimiche del materiale. La sinergia tra modellazione teorica, sperimentazione e sviluppo di tecnologie di controllo avanzate è imprescindibile per raggiungere risultati ottimali e adattare la tecnologia a nuove applicazioni industriali.

Come varia il coefficiente d’attrito e la qualità superficiale in funzione delle condizioni di lavorazione nel fresaggio con nanofluidi?

Il coefficiente d’attr