I laser a scansione offrono il potenziale per l'indurimento superficiale dei componenti in acciaio

14 febbraio 2017

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Parte di prova temprata al laser utilizzando l'ottica di scansione (Aitzol Lamikiz)

I ricercatori dell'Università UPV/EHU dei Paesi Baschi, in Spagna, hanno annunciato di aver convalidato l'uso dell'ottica di scansione per la tempra laser, che consente di adattare il processo alla forma del pezzo.

Il gruppo High Performance Manufacturing dell'UPV/EHU ha condotto lo studio e la messa a punto di una tecnologia innovativa per realizzare questo processo. Si tratta dell'utilizzo del laser ma, a differenza del sistema tradizionale, utilizza l'ottica di scansione, che conferisce allo spessore del pezzo da trattare grandi capacità di adattamento.

Quando la tempra viene effettuata utilizzando una fonte di calore altamente localizzata, come un laser, consente di indurire solo la superficie, lasciando il nucleo delle parti nello stato originale. "Le parti non sono così fragili e poiché viene inserito poco calore, la parte non si deforma. Alla fine, ciò che fa il calore è deformare la parte, e ciò significa che deve essere rifinita utilizzando altri metodi", ha affermato Aitzol Lamikiz, professore del dipartimento di ingegneria meccanica dell'UPV/EHU e membro del gruppo High Performance Manufacturing che ha condotto la ricerca.

Nell'industria il processo di tempra laser viene utilizzato già dal 2000 circa, ma secondo Lamikiz presenta dei limiti. "Il laser percorre una larghezza di banda costante in modo che la zona indurita risulti con uno spessore costante." Per rendere la tecnologia più flessibile, questo gruppo di ricerca presso l’UPV/EHU ha deciso di valutare la fattibilità dell’integrazione di ottiche mobili e di scansione in questo processo.

Il team ha utilizzato uno scanner galvanometrico che muove un laser molto piccolo a grande velocità, percorrendo la superficie linea per linea. In questo modo è possibile adattare la larghezza di indurimento semplicemente modificando i parametri del programma. Tracciando un'analogia tra il trattamento di indurimento e il processo di verniciatura di un muro, Lamikiz ha spiegato che la tempra laser convenzionale "sarebbe come dipingere il muro con un rullo, quindi la larghezza dipinta corrisponde a quella del rullo. Tuttavia, con il nuovo tecnica, sostituiamo il rullo con un pennarello con la punta più fine."

"È stato possibile utilizzare questa tecnica per effettuare l'indurimento. Poi abbiamo visto man mano come cambiava il risultato del trattamento in base alla velocità del movimento del laser, alla potenza utilizzata, ecc. Secondo i nostri test, quando il laser si muove molto rapidamente, i risultati sono simili a quelli del processo convenzionale", ha affermato Lamikiz.

Esplorando la possibilità di utilizzare ulteriormente questa metodologia, il dipartimento di ingegneria meccanica dell'UPV/EHU ha condotto un progetto noto come Hardlas in collaborazione con aziende dei Paesi Baschi e del Piemonte, in Italia, per vedere fino a che punto il processo fosse fattibile. "Possiamo dire che il progetto è stato un successo perché abbiamo visto che era fattibile e che poteva essere trasferito all'industria", ha detto il ricercatore.

Sebbene sia stata testata la fattibilità del processo, ci sono ancora dei passi da compiere per arrivare alla produzione industriale. Una delle principali difficoltà incontrate è stata il controllo del processo. "È molto importante portare il materiale trattato alla temperatura necessaria affinché avvenga il trattamento, ma non deve essere superata altrimenti fonderemmo il materiale. Nel nostro processo, poiché il laser è in continuo movimento, il controllo è più complesso, " ha spiegato Lamikiz.

Le prove sono state effettuate presso l'Università utilizzando apparecchiature di laboratorio. "Per utilizzare il processo su scala industriale, sarebbe importante sperimentarlo con laser più potenti, diversi tipi di laser, su altri materiali, ecc.", ha aggiunto Lamikiz.

[ PubMed ] Martinez S., Lamikiz A., Ukar E., Calleja A., Arrizubieta JA, Lopez de Lacalle LN (2016). "Analisi dei regimi nel processo di tempra laser basato su scanner". Ottica e laser in ingegneria, 90: 72–80. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.opt.2016.10.005.

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