Taglio laser di polimeri: funzionamento e applicazioni

Sebbene a livello industriale i laser siano impiegati per lavorare i metalli, questa tecnologia si sta diffondendo anche per lavorare altri materiali non convenzionali quali ad esempio i polimeri, sia a livello industriale che hobbistico/amatoriale.

Introduzione sui polimeri

I materiali polimerici (detti comunemente plastiche) possono essere divise in tre macro categorie:

• Polimeri termoplastici: sono quei materiali la cui fase di fusione può essere ripetuta più volte. I materiali termoplastici possono essere modellati e poi fissati per raffreddamento ripetutamente (anche se tecnicamente a ogni fusione le prestazioni meccaniche calano via via sempre di più); un esempio di polimero termoplastico molto diffuso e che si presta bene alla lavorazione tramite laser è il PMMA (cioè il plexiglass, anche chiamato acrilico). Questo materiale ha caratteristiche chimico fisiche molto interessanti: è estremamente trasparente (più del vetro stesso), ha un’ottima capacità di resistere agli urti e si può modellare con il calore.
• Polimeri termoindurenti: sono quei materiali che, dopo la prima formatura, se raggiungono nuovamente la temperatura di fusione si deteriorano termicamente carbonizzando.
• Elastomeri: sono tutti quei materiali che hanno tipicamente una grandissima deformabilità anche a temperatura ambiente e che tendono a tornare allo stato di deformazione iniziale grazie alla loro viscoelasticità. Anche questi materiali se sottoposti ad alte temperature si degradano termicamente.

Il taglio laser dei polimeri

Quasi tutte le plastiche possono essere lavorate con il taglio, l’incisione e la marcatura laser. Come accennato, il PMMA (plexiglas) è spesso il materiale preferito per le lavorazioni su laser.

Vista la grande diffusione nell’industria dei materiali plastici, la lavorazione laser è molto utile in quanto permette di tagliare dei pezzi piani con geometria arbitraria partendo da lastre.

Usualmente, i laser impiegati per i materiali polimerici sono a CO₂ e di potenza limitata (dai 20 a 300W). Per ogni tipo di materiale è importante selezionare i parametri di lavorazione corretti, primo tra tutti la lunghezza d’onda del fascio (ad esempio nel range degli UV). Il taglio laser avviene, come già spiegato nell’articolo dedicato ai laser per materiali metallici, attraverso il processo di separazione termica che si verifica quando la superficie del materiale viene colpita dal raggio: il riscaldamento che ne consegue provoca la fusione o la vaporizzazione del materiale polimerico creando così un taglio netto nella lastra in lavorazione. Questi tipi di macchine laser sono classificati come macchine laser piane (2D); infatti, hanno una struttura cartesiana su cui la testa di taglio si muove nel piano.

I vantaggi di questa tecnologia usata sono molteplici, specialmente se la si confronta con le metodologie convenzionali quali il taglio ad asportazione di truciolo:

• Non si generano trucioli e/o distorsioni del pezzo sia a causa del sistema di fissaggio che a causa delle forze di taglio. Il pezzo è semplicemente appoggiato su un piano e il laser ne taglia il contorno definito dal ciclo di lavorazione.
• Il taglio è netto e pulito, contrariamente, lavorando lo stesso pezzo su macchine utensili tradizionali potrebbero rimanere i segni di lavorazione e dell’avanzamento dell’utensile. Nel caso particolare di taglio di PMMA, il taglio è anche estremamente lucido su spessori da 2 a 30 mm.

In aggiunta, oltre al taglio laser, è anche molto usata la marcatura laser, in cui i componenti vengono etichettati o contrassegnati con l’ausilio di un laser. Per eseguire tale marcatura, il laser lavora con potenza ridotta in modo da non danneggiare gli strati sottostanti alla superficie del pezzo in lavorazione. I meccanismi di marcatura possono essere 4, rispettivamente: la formazione di schiuma, la carbonizzazione, il mutamento del colore e la rimozione parziale dello strato superficiale.