Gap Laser Systems innova i laser di marcatura 3D

Gap Laser Systems ha sviluppato un nuovo sistema di marcatura laser 3D, una soluzione ottica compatta, automatica e di facile utilizzo, che garantisce ottima qualità del processo, stabilità e affidabilità, oltre ad elevate prestazioni.

di Chiara De Giorgi

Negli ultimi anni, il mercato della marcatura laser ha conosciuto una forte crescita con richieste demanding per la gestione non solo di superfici piane, ma anche di forme tridimensionali complesse. I sistemi di marcatura tradizionali sono costituiti da sorgenti laser accoppiate a teste di scansione per la movimentazione del fascio e a lenti di focalizzazione f-theta, che concentrano tutta l’energia del laser all’interno di uno spot quasi puntiforme. Tale scenario è però limitato da distanze di lavoro fisse con tolleranze di messa a fuoco molto ristrette. Viste le richieste del mercato, Gap Laser Systems ha deciso di sviluppare un modulo ottico 3D proprietario, una soluzione ottica compatta, automatica e di facile utilizzo per applicazioni di marcatura laser a 3 assi, che permette di mantenere costante la focalizzazione del fascio laser, in differenti situazioni quali ad esempio piani sfalsati, inclinati, superfici curve e irregolari. Questo nuovo sistema utilizza le funzionalità ottiche di una particolare lente liquida (tunable liquid lens), così da garantire ottima qualità del processo, stabilità e affidabilità del sistema, senza parti in movimento, oltre ad elevate prestazioni in termini di velocità di esecuzione e volumi disponibili per la marcatura.

Principio di funzionamento del sistema

Sono già presenti sul mercato diverse soluzioni per la marcatura laser 3D, basate principalmente sulla traslazione lineare di lenti ottiche per la regolazione continua della messa a fuoco del fascio durante il processo. Il sistema sviluppato da Gap Laser Systems si basa invece su un’idea innovativa che sfrutta le caratteristiche ottiche e il funzionamento di un particolare componente ottico, la cosiddetta focus tunable liquid lens: una lente sferica la cui forma (o meglio il cui raggio di curvatura) viene modificato in maniera controllata, consentendo una regolazione continua rapida e precisa della sua lunghezza focale, per la realizzazione di un sistema di marcatura 3D. L’integrazione di questo asse Z controllato permette non solo la regolazione della messa a fuoco del fascio laser su diversi livelli Z o seguendo superfici tridimensionali complesse, ma anche l’appiattimento del campo focale evitando l’utilizzo della lente di focalizzazione f-theta.

Punti di forza del sistema Gap Laser Systems

I vantaggi principali del sistema sviluppato da Gap Laser Systems rispetto ai tradizionali sistemi di marcatura sono i seguenti:

– design compatto: il sistema è costituito da pochi componenti ottici adattivi sempre in posizione fissa;

– affidabilità e durabilità: l’assenza di componenti meccaniche complesse rende il sistema robusto e non soggetto ai tipici problemi di usura;

– flessibilità: in base alle esigenze applicative, il sistema può essere progettato e customizzato ad hoc per adattarsi alla dimensione del campo di lavoro e alla dimensione dello spot laser richiesta;

– qualità dello spot: eliminando la lente f-theta e utilizzando semplici ottiche sferiche, le prestazioni risultano migliori con uno spot laser distribuito in modo più omogeneo sul campo di marcatura;

– minore sensibilità alla tolleranza: una modifica del raggio di curvatura della lente di pochi micrometri può avere lo stesso effetto ottico di una traslazione lineare della lente di diversi centimetri;

– risposta rapida e alta efficienza: i tempi di risposta della lente liquida di pochi millisecondi (<12 ms per uno step dell’80% dell’intero range) rendono la soluzione adatta a sistemi industriali ad alta produttività, raggiungendo velocità di marcatura fino a 6 m/s.

Flessibilità del sistema Gap Laser Systems

Uno dei principali vantaggi del sistema di Gap Laser Systems è la sua flessibilità, la possibilità cioè di adattarsi alle esigenze specifiche dell’applicazione, in termini di campo di lavoro e dimensione dello spot laser. Infatti, definite queste due dimensioni, un’adeguata progettazione ottica permetterà di realizzare un sistema 3D ad hoc, che rispetti le specifiche richieste. La progettazione ottica, la selezione dei componenti ottici adeguati, nonché la loro integrazione e calibrazione, viene totalmente realizzata da Gap Laser Systems, dopo un’attenta analisi delle prestazioni richieste dall’utente. La possibilità di poter controllare direttamente le specifiche tecniche dei diversi componenti ottici interni permette di offrire una soluzione customizzata e flessibile, che può raggiungere range di variabilità dell’asse Z e campi di lavoro molto ampi (fino anche a 1.000×1.000 mm), garantendo sempre ottime prestazioni, come un corretto diametro dello spot laser e la sua omogeneità nell’intero volume di marcatura. Il modulo ottico 3D può essere inoltre integrato con qualsiasi sistema laser sviluppato da Gap Laser Systems (sorgenti DPSS, come TYL12 o AQS10, o le tradizionali sorgenti fiber) con lunghezza d’onda di 1.064 nm e potenza in uscita fino a 50 W.

Sistema di marcatura 3D con configurazione simil-f160

Si riporta, come esempio applicativo, il sistema di marcatura 3D progettato con configurazione “simil-f160”, il cui fascio risultante ha le stesse caratteristiche di un tradizionale sistema di marcatura 2D con lente f-theta da 160 mm. La differenza principale tra un sistema di marcatura 2D e un sistema 3D è la cosiddetta
profondità di campo Δz, ovvero la tolleranza in Z entro cui il diametro dello spot laser può considerarsi costante e il processo laser uniforme: per un sistema di marcatura 2D con f-theta da 160 mm, il valore Δz è pari a qualche decimo di millimetro; per un sistema 3D il range Δz è molto più ampio e per il sistema specifico sviluppato da Gap Laser Systems è pari a circa 130 mm in configurazione simil-f160.