Trasferire all’industria le evoluzioni della tecnologia laser

Nella storia di Deformazione la promozione della tecnologia laser ha avuto un ruolo importante, con l’aiuto di uno storico collaboratore della rivista, ripercorriamo alcune delle tappe fondamentali di questo connubio.

Nel 1985, dopo aver trascorso 15 anni di lavoro per sviluppare nuovi utilizzi della tecnologia laser in ambienti industriali ed essere diventato responsabile di un Centro Applicazioni Laser presso un importante Centro di ricerca dell’ENEL, ho aderito alle sollecitazioni di amici giornalisti per pubblicare sulle riviste i primi resoconti sulle applicazioni del laser. Erano gli anni in cui si stavano diffondendo gli impieghi del laser a CO₂ nelle lavorazioni di materiali non metallici (plastiche varie, legno, …) e iniziavano le prime applicazioni di taglio di quelli metallici. I sistemi in gioco erano abbastanza primordiali, di stretta derivazione dalle tradizionali unità ossitaglio, molti ancora con il comando attraverso la lettura ottica di un disegno. Nel 1990 realizzai testi per descrivere in maniera semplice le caratteristiche dei laser di potenza nelle lavorazioni meccaniche. Per decenni questo volumetto di circa 80 pagine divenne libro di testo di molti Istituti Tecnici Industriali ed anche base per corsi di addestramento industriali. Negli anni successivi dovetti scrivere altri volumetti per confrontare i vantaggi industriali derivanti dall’uso del laser rispetto alle tecnologie convenzionali; uscirono in questo modo note di confronto con il taglio a getto d’acqua per le lavorazioni di materiali non metallici e con il taglio plasma per quelli metallici. Erano anni in cui era necessario presentare in maniera chiara i campi in cui le lavorazioni laser rappresentavano una valida soluzione tecnologica: il laser infatti era visto come una soluzione in attesa di problemi, come era stato detto subito dopo la sua scoperta nel 1960. 

La collaborazione con Deformazione

In quegli anni cominciai parlare con l’ingegner Giuseppe Massaro che, dopo aver fondato la casa editrice PubliTec insieme a Fernanda Vicenzi, dal 1993 aveva realizzato la rivista Deformazione dedicata alle tecniche di deformazione plastica dei metalli e le lavorazioni della lamiera. Era il 1995 e concordammo subito che questo era il luogo ideale per continuare a parlare delle applicazioni industriali del laser. Con Massaro e con Fabrizio Garnero, redattore capo della rivista, iniziammo a presentare esempi applicativi di realtà industriali che si erano già dotate di sistemi laser per il taglio della lamiera, unitamente ad articoli in cui si evidenziavano le condizioni migliori per tale impiego. Erano gli anni in cui le uniche sorgenti utilizzate erano quelle a CO₂ (a flusso assiale veloce) e l’unica tecnica di lavoro era quella con l’assistenza di ossigeno. In queste condizioni il taglio laser presentava grandi vantaggi per quanto riguarda la qualità dei componenti ottenuti, ma i costi del processo erano ancora relativamente elevati a causa principalmente della ridotta efficienza energetica delle sorgenti allora impiegate e a quelli derivanti da una corretta gestione del cosiddetto “percorso ottico” per inviare con specchi il fascio generato dalla sorgente fino alla lente di focalizzazione. Naturalmente molti articoli pubblicati sulla rivista erano dedicati a questi argomenti proprio per dare assistenza tecnica agli utenti reali e/o potenziali della tecnologia laser. In quest’ottica nel 1998 presentai alla Direzione di Publitec la proposta di effettuare una “giornata tecnologica” sull’applicazione del taglio laser delle lamiere e proposi di chiamare questo Convegno “Focal Spot” in analogia a quanto avevo visto fare negli Stati Uniti da un importante costruttore di sorgenti e sistemi prevalentemente per la saldatura della trasmissione delle autovetture.

Focal Spot, un convegno tecnologico dedicato al laser

Questo Convegno si tenne nell’aprile 1998, presso la Fiera di Verona e riscosse un buon successo di presenze anche perché si ebbe la fortuna di poter presentare in quella occasione una novità che avevo raccolto in una tesi di laurea di uno studente dell’Università di Hannover: il taglio per fusione con assistenza di gas inerte ad alta pressione che consentiva l’ottenimento di bordi non ossidati e quindi subito pronti per una loro eventuale saldatura. Vengono pubblicati subito degli articoli esplicativi che mettono in luce una condizione applicativa importante: non essendoci il contributo esotermico dell’ossigeno in questo caso le velocità di taglio risultano inferiori rispetto a quanto ottenibile con il taglio per combustione, ma questa differenza si riduce con l’aumentare della potenza laser utilizzata, cosa che porta anche al taglio di spessori più elevati. Queste considerazioni portano gli utilizzatori a richiedere sistemi con potenza sempre maggiore ma, con le sorgenti a CO₂ questo comporta avere sorgenti sempre più ingombranti (con la tecnica del flusso assiale veloce la potenza è direttamente legata alla lunghezza dei tubi in cui avviene la scarica elettrica della miscela gassosa) e costi elettrici maggiori. Ecco quindi che, sul finire del secolo scorso, si assistette ad una forsennata ricerca ad una alternativa alle sorgenti a CO₂ che sino ad allora erano state il cavallo da battaglia per le lavorazioni meccaniche con fasci laser. 

L’evoluzione delle sorgenti laser

In rapida successione vennero allora presentate diverse soluzioni che però furono rapidamente rifiutate dagli utilizzatori. Si iniziò con i laser Nd:YAG pompati da diodi laser al posto delle tradizionali lampade e, pur considerando il grande vantaggio dato dalla lunghezza d’onda del fascio generato nel vicino infrarosso (a circa 1 µm) che permetteva la sua trasmissione in fibra ottica e un maggiore assorbimento da parte delle superfici metalliche, la difficoltà ad ottenere potenze elevate (rimaneva il problema che la potenza era legata alla lunghezza delle barrette di Nd:YAG) e l’efficienza energetica ancora limitata, hanno bloccato la diffusione di questa tencologia. Diversa è stata invece la storia di due altre tipologie di sorgenti a stato solido pompate sempre da laser a diodi: le sorgenti in fibra (proposte nella soluzione multichilowatt dal fisico russo Gapontsev) e quelle a disco (proposte dal prof. Giesen dell’Università di Stoccarda). A dire il vero queste soluzioni erano state inizialmente proposte decenni prima dall’americano Snitzer (per i laser in fibra) e dal Premio Nobel russo Basov (per quelli a disco), ma solo a cavallo del nuovo secolo quelle idee si sono sviluppate in soluzioni multichilowatt. Entrambe queste soluzioni utilizzano come mezzo attivo la terra rara itterbio Yb al posto del tradizionale ione neodimio (pur sempre inserita nel granato YAG) per consentire una maggiore efficienza energetica (superiore al 30%). Queste due nuove tipologie di sorgenti sono state presentate in due diverse edizioni dell’importante Fiera Laser di Monaco: nel 1999 per il laser a disco e nel 2003 per quello in fibra e sono state riportate ai lettori di Deformazione in due interviste dirette rispettivamente con i professori Giesen e Gapontsev. Si trattava di soluzioni che hanno praticamente rivoluzionato il mondo delle applicazioni meccaniche con fasci laser facendo lentamente (ma progressivamente) scomparire l’utilizzo delle sorgenti a CO₂. Questa sostituzione è avvenuta nel corso di almeno 5 anni e in questo periodo numerosi sono stati gli articoli pubblicati sulla rivista per confrontare le prestazioni di queste due diverse classi di sorgenti. Inizialmente venivano proposte principalmente per il taglio delle lamiere in spessori sottili, poi anche per spessori maggiori, pur presentando in queste bordi di taglio maggiormente rugosi. Indubbiamente la possibilità di avere potenze elevate in volumi ridotti, con elevate efficienze energetiche e con la possibilità di trasmissione in fibra ottica sino alla testa di focalizzazione compensava il fatto che i parametri di processo presentavano una finestra applicativa più ristretta rispetto a quanto si otteneva con i laser a CO₂. Tutte queste semplificazioni costruttive hanno portato alla crescita di numerosi produttori di sistemi per il taglio laser della lamiera e di questa evoluzione la rivista Deformazione è stata l’attenta portavoce per informare i lettori. 

Nasce Expolaser

Per completare il contributo che la rivista Deformazione ha dato alla diffusione in Italia della tecnologia laser occorre ritornare indietro nel tempo: ad aprile 1998, dopo la conclusione del Covegno Focal Spot. La Direzione di PubliTec era soddisfatta del successo di questo primo Convegno tecnologico laser in Italia e si pensò allora di allargare il panorama della manifestazione da semplice Convegno a una Mostra – Convegno, lasciando spazi ai partecipanti per visitare una esposizione di macchine e componenti. Questo evento, chiamato ExpoLaser, aveva poi il supporto dell’Innovation Relay Center Irene dell’ENEA per costituire uno stimolo per l’avvio di attività trasnazionali di trasferimento tecnologico. L’evento si realizzò il 9 novembre 1999 presso Fiera Congressi di Vicenza. Per il Convegno erano stati chiamati a parlare esperti internazionali famosi per la loro attività riguardo i vari aspetti del taglio laser. Fu un successo, riscontrato non solo per i 240 presenti al Convegno ma anche dagli ospiti stranieri. Si decise allora di proseguire in questa iniziativa, ogni due anni, nell’annualità in cui non veniva proposta la Fiera Lamiera. Occorre infine osservare che l’iniziativa ExpoLaser ha avuto una grande risonanza non solo in Italia, ma anche all’estero, in Germania in particolare. Nell’autunno 2007 infatti alla Direzione di PubliTec è arrivata una richiesta di incontro da parte di una delegazione della Fiera di Stoccarda che desiderava avere informazioni riguardo alla organizzazione e gestione di ExpoLaser poiché desiderava organizzare una manifestazione simile denominata Lasys (“Salone Internazionale delle Tecnologie Laser Innovative e dell’Optoelettronica”), in collaborazione con l’Istituto di Fisica IFSW dell’Università di Stoccarda che si doveva occupare del Convegno (denominato “Stuttgart Laser Technology Forum SLT”). Unitamente alla Direzione di PubliTec ho messo a disposizione l’esperienza accumulata in ben cinque edizioni di ExpoLaser per una collaborazione che continuò per alcune edizioni.

Un contributo importante alla tecnologia laser

Questa carrellata di ricordi credo che abbia dimostrato una volta di più come Deformazione abbia contribuito nella sua vita trentennale a diffondere e confermare tecnologicamente la progressiva affermazione della tecnologia laser nell’industria italiana.