La strumentazione laser garantisce elevatissime performance in termini di precisione, velocità e qualità delle incisioni e delle marcature effettuate, e può quindi essere utilizzata con successo in tutti gli ambiti produttivi che richiedono elevata affidabilità, dall’oreficeria all’industria, passando per il settore sanitario.
Sul mercato sono disponibili diverse tipologie di laser, tutte basate sullo stesso principio di funzionamento. Il termine “Laser”, infatti, è l’acronimo di “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, e indica tutti gli strumenti che amplificano l’energia emettendola nella forma di un raggio di luce monocromatica, coerente e unidirezionale, che correttamente direzionato e calibrato può essere usato per incidere o tagliare il metallo o altri materiali. Questo risultato può essere ottenuto sfruttando varie tipologie di sorgenti laser, che garantiscono differenti performance in termini di durata nel tempo, precisione e consumo di risorse energetiche.
Le diverse tipologie di sorgenti laser
Tutti i laser, per funzionare, necessitano di un mezzo laser attivo (solido, liquido o gassoso) che riceve energia tramite un sistema di pompaggio e la emette in forma di radiazione luminosa. Questa emissione viene poi intercettata da un risonatore, che la amplifica sfruttando un sistema di specchi e genera il raggio di luce laser vera e propria, che può essere utilizzato per innumerevoli applicazioni, dall’incisione di un gioiello, al taglio di un cilindro metallico, alla rimozione di tessuto organico durante un intervento chirurgico.
Il mezzo laser attivo svolge un ruolo essenziale nel funzionamento nel macchinario, e come abbiamo visto può essere di diversi tipi: esistono laser che sfruttano come mezzo attivo una miscela di gas (laser a CO2), altri che sfruttano mezzi attivi liquidi come l’etanolo o il metanolo, altri ancora che utilizzano mezzi attivi solidi, come fibre di vetro (laser fibra) o altri reticoli cristallini in cui sono intrappolati, sottoforma di impurezza, particolari ioni metallici. Quest’ultima tipologia di laser, quella dei “laser a stato solido”, utilizza come mezzo attivo ioni di metalli di transizione o di Terre rare che vengono inseriti in un materiale ospite dielettrico (che non trasmette corrente). Tra i laser a stato solido, i più diffusi sono i laser Nd:YAG, che sfruttano come mezzo attivo cristalli di granato di Ittrio e Alluminio (YAG) drogati al Neodimio (Nd), ma la ricerca sta rendendo sempre più accessibili nuovi mezzi laser attivi che vedono come protagonista in particolare il Cerio: ne sono un esempio i laser Ce:LiSAF e Ce:LICAF, o quelli in doppio drogato Nd:Ce:YAG.
La tipologia di mezzo attivo prescelto incide sulle performance del laser in termini di precisione ed efficienza, ma anche di durata e di sostenibilità. L’utilizzo delle Terre rare come sorgente attiva, in particolare, è in grado di garantire prestazioni elevate nel tempo, e apre la strada a molteplici innovazioni capaci di rendere questo tipo di laser sempre più competitivi ed efficienti.
Terre rare: cosa sono, a cosa servono e in che modo hanno cambiato il mondo dell’industria
Le Terre rare sono una categoria di elementi chimici che include 17 diversi metalli: l’Ittrio, lo Scandio e i 15 Lantanidi, ovvero gli elementi della Tavola Periodica con numero atomico compreso tra 57 e 71. Sia il Neodimio che il Cerio, che abbiamo già citato, fanno parte del gruppo delle Terre rare che – nonostante ciò che suggerisce il nome – sono in realtà presenti sulla superficie terrestre in percentuali relativamente elevate e condividono simili proprietà magnetiche e conduttive. Sono proprio queste proprietà ad aver reso le Terre rare particolarmente richieste in ambito industriale, specie da quando sono state rese più efficaci le tecniche che consentono di estrarle e separarle.
Oggi le Terre rare trovano ampie applicazioni nel settore dell’elettronica, dove sono presenti nei touchscreen dei dispositivi come smartphone e tablet, ma vengono largamente utilizzate anche nelle batterie dei motori elettrici e ibridi e nella produzione di pannelli solari, sensori, fibre ottiche e laser. Per tutte queste ragioni, la loro richiesta da parte del mercato è aumentata in modo significativo negli ultimi decenni.
Le caratteristiche delle Terre rare fanno sì che questi metalli registrino performance superiori rispetto a quelle di altri materiali in svariati ambiti. Per quanto riguarda l’efficacia come mezzo attivo per il laser, ad esempio, il Cerio si è rivelato capace di garantire elevati coefficienti di assorbimento a fronte di un limitato consumo energetico. I laser che utilizzano questa Terra rara (come, ad esempio, le saldatrici Elettrolaser che usano il mezzo laser Nd:Ce:YAG) si dimostrano quindi più performanti nei casi in cui sia necessario utilizzare potenze elevate, e meno impattanti a livello economico e ambientale, perché l’energia laser in uscita, a parità di pompaggio, risulta maggiore. Il Cerio, inoltre, permette alla strumentazione laser di rimanere performante più a lungo nel tempo, perché l’utilizzo di potenze inferiori rispetto al massimale permette di prolungare la vita utile del macchinario, ottenendo sempre risultati soddisfacenti a livello qualitativo.
La disponibilità di nuovi tipi di sorgente permette ai laser di diventare sempre più efficaci e sostenibili e migliora le performance della strumentazione che sfrutta questa tecnologia, rendendola sempre più competitiva ed efficiente.
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