Versatile e potente Laser a CO₂ | Soluzioni versatili per la marcatura laser

Un marcatore laser a CO₂ è un sistema di marcatura industriale che utilizza come sorgente laser un mezzo laser a base di anidride carbonica. L'eccitazione elettrica di una miscela gassosa di CO₂ genera luce laser infrarossa nell'intervallo di lunghezze d'onda compreso tra circa 9,3 e 10,6 μm. Questo raggio laser a infrarossi invisibile viene focalizzato sul pezzo tramite lenti e specchi e riscalda localmente la superficie del materiale. A seconda del materiale, l'energia del raggio produce effetti di marcatura molto diversi tra loro: Evaporazione o asportazione dello strato superficiale (incisione), cambiamento di colore o formazione di schiuma nelle materie plastiche, nonché bruciatura nei materiali organici. Il risultato sono marcature durevoli e precise (ad es. numeri di serie, codici a barre, codici 2D, loghi) senza l'uso di inchiostro o altri additivi.

I laser a CO₂ operano nella regione dell'infrarosso medio e sono particolarmente adatti per tutti i materiali che assorbono fortemente questa luce laser. Tra questi figurano numerosi materiali non metallici quali le materie plastiche (ad esempio PE, PP, PET, PVC), le resine, la gomma, il vetro, la ceramica, il legno, la carta, il cartone, la pelle e altri materiali organici (come i tessuti o gli alimenti). Anche le superfici verniciate o rivestite si prestano bene alla marcatura: i laser a CO₂ consentono infatti di marcare metalli verniciati e alluminio anodizzato in modo efficiente e con un elevato contrasto. I metalli non rivestiti (nudi), invece, assorbono pochissimo il laser a CO₂ e pertanto, senza un trattamento preliminare specifico, non possono essere marcati direttamente o solo in misura insufficiente.

I moderni marcatori laser a CO₂ raggiungono velocità di marcatura molto elevate, il che li rende ideali per le linee di produzione ad alta produttività. A seconda della potenza del laser e dell'ottica, è possibile raggiungere, ad esempio, velocità di scrittura fino a circa 2.100 caratteri al secondo e velocità di linea fino a 900 metri al minuto. In questo modo, è possibile applicare codici e scritte nitidi anche su nastri di produzione ad alta velocità (marcatura “al volo”), senza interrompere la produzione. Nella pratica, la velocità effettivamente raggiungibile dipende da fattori quali il materiale, il contenuto della marcatura, la profondità e il contrasto desiderati e la potenza del laser; tuttavia, i laser a CO₂ offrono in genere un metodo di marcatura molto veloce ed efficiente.

La loro lunghezza d'onda rientra nella gamma dell'infrarosso, compresa tra 9,3 e 10,6 μm.

Sì, ma solo a determinate condizioni. I metalli puri (lucidati) riflettono fortemente il raggio laser a CO₂ nella banda dei 10,6 µm, per cui di norma non è possibile effettuare una marcatura diretta sul metallo nudo. Con un laser a CO₂ è tuttavia possibile marcare metalli che presentano una superficie assorbente, ad esempio parti metalliche verniciate di colore scuro o anodizzate. In questi casi, il laser vaporizza lo strato superiore di vernice o di ossido, rivelando una scritta in contrasto. Per l'incisione diretta su metallo non verniciato (ad es. acciaio o alluminio), invece, si utilizzano solitamente laser a fibra, poiché i materiali metallici assorbono molto meglio la lunghezza d'onda più corta dei laser a fibra (~1,06 µm).

I laser di marcatura a CO₂ vengono utilizzati in diversi settori industriali laddove è necessario marcare materiali non metallici. Tra i principali campi di applicazione figurano, tra gli altri, l'industria automobilistica e della componentistica, la tecnologia medica (ad es. marcatura di dispositivi e involucri in plastica), l'industria elettronica (scrittura su circuiti stampati e componenti) e l'industria dell'imballaggio e dei beni di consumo. Le applicazioni tipiche comprendono la marcatura permanente di materiali plastici (interruttori, involucri), la marcatura su vetro (bottiglie per bevande, contenitori farmaceutici), la marcatura diretta di imballaggi (scatole di cartone, pellicole) o la marcatura di materiali organici (ad es. prodotti in legno, pelle). Ovunque siano richieste marcature veloci, senza contatto e resistenti all'abrasione su tali materiali, i laser a CO₂ rappresentano una soluzione collaudata.

I marcatori laser a CO₂ producono marcature ad alta risoluzione e di estrema nitidezza, anche con caratteri di dimensioni molto ridotte o grafiche molto delicate. Grazie alla precisione della messa a fuoco del raggio e alle ottiche di alta qualità, le marcature risultano chiare e ben leggibili (ad esempio codici a barre o codici DataMatrix) leggibili da macchine. Inoltre, le marcature laser sono di norma estremamente durature: Sono resistenti all'abrasione, al calore, alle sostanze chimiche e ai raggi UV. Questa robustezza rende la marcatura laser a CO₂ ideale per l'impiego in ambienti industriali difficili, dove sono richieste marcature di alta qualità e di lunga durata.

I marcatori laser a CO₂ sono progettati per integrarsi perfettamente negli impianti di produzione. Possono essere utilizzati sia in postazioni fisse che in linee di produzione (ad esempio, tramite nastri trasportatori). Molti laser a CO₂ offrono diverse opzioni di orientamento del raggio (ad es. uscita del raggio a 0° o a 90°) e lenti di messa a fuoco intercambiabili per campi di marcatura di diverse dimensioni, al fine di adattarsi alle caratteristiche strutturali dell'impianto. Tramite interfacce standard (ad es. Ethernet TCP/IP, I/O digitali per trigger/controllo) è possibile integrarli in sistemi di controllo esistenti. Sono inoltre disponibili modelli con grado di protezione IP54 o, facoltativamente, addirittura IP65: ciò ne consente l'impiego anche in ambienti polverosi o umidi (ad esempio, nella produzione farmaceutica, alimentare o di bevande).

I laser di marcatura a CO₂ richiedono pochissima manutenzione. I sistemi moderni utilizzano tubi laser a CO₂ raffreddati ad aria, che funzionano praticamente senza necessità di manutenzione. A differenza di molti processi di marcatura tradizionali, non richiedono materiali di consumo quali inchiostro, etichette o nastri a inchiostro: occorrono solo energia elettrica e, se necessario, aria compressa per il raffreddamento/il lavaggio. In questo modo, i costi di esercizio rimangono contenuti e non si verificano tempi di fermo per il cambio del materiale. Nel complesso, i marcatori laser a CO₂ sono progettati per garantire un’elevata affidabilità nell’uso quotidiano in ambito industriale e si sono dimostrati efficaci nel corso degli anni grazie ai loro bassi costi di manutenzione e di esercizio.

I marcatori laser a CO₂ industriali rientrano nella classe laser 4, poiché emettono radiazioni infrarosse invisibili ad alta energia, pericolose per gli occhi e la pelle. È quindi necessario rispettare rigorose misure di sicurezza. Nella pratica, i laser a CO₂ vengono spesso utilizzati all’interno di cabine di protezione laser chiuse o postazioni di lavoro laser (classe laser 1), in modo da proteggere il personale operativo dalla luce laser diretta. È inoltre necessario un sistema di aspirazione efficace dotato di filtri adeguati, poiché durante il processo laser – in particolare nella marcatura delle materie plastiche – possono formarsi vapori nocivi per la salute e particelle di polveri sottili. Gli utenti devono rispettare le disposizioni di legge (ad esempio, la norma DIN EN 60825 sulla sicurezza dei laser e le direttive in materia di sicurezza sul lavoro relative alla tutela della qualità dell'aria) e avvalersi di personale qualificato per il funzionamento e la manutenzione. Se vengono attuate correttamente tutte le misure di sicurezza e si utilizzano appositi involucri di protezione certificati, il funzionamento di un laser a CO₂ è sicuro e affidabile.

La differenza principale risiede nella sorgente del raggio laser e nella lunghezza d'onda, che ne determinano l'idoneità all'uso con diversi materiali. I laser a CO₂ emettono luce infrarossa a ~10,6 μm, che viene assorbita particolarmente bene dai materiali organici e non metallici (ad es. legno, carta, plastica, vetro). I laser a fibra, invece, generano luce laser a 1064 nm e sono quindi ideali per i metalli e per molte materie plastiche con additivi laser. In pratica, ciò significa che: I laser a CO₂ vengono utilizzati preferibilmente per la marcatura di materiali non metallici e rivestiti, ad esempio nei settori dell'imballaggio, dell'elettronica, dell'automotive e della tecnologia medica, per plastica, vetro, gomma o superfici rivestite. I laser a fibra, invece, sono la scelta ideale per la marcatura diretta su metalli (acciaio, alluminio, metalli preziosi ecc.) e trovano sempre più impiego in settori in cui sono richieste un’elevata profondità di marcatura o la massima precisione su metallo (ad es. tecnologia medica, costruzione di utensili e macchine, settore aerospaziale, industria automobilistica).