I metodi di lavorazione tradizionali includono il taglio meccanico, il taglio termico (ad esempio, plasma/fiamma) e il taglio laser convenzionale. La lavorazione meccanica è basata sul contatto; l'usura degli utensili e le forze di taglio possono indurre micro-danni e deformazioni, limitando la precisione raggiungibile e l'integrità della superficie. Il taglio termico è efficiente per sezioni spesse, ma produce tipicamente grandi HAZ, sollecitazioni residue e microcricche che riducono le prestazioni meccaniche. La lavorazione laser convenzionale, sebbene versatile, può ancora soffrire di HAZ relativamente grandi e prestazioni instabili su materiali altamente riflettenti o sensibili al calore.

Come riassunto nella Fig. 3, WJGL utilizza l'acqua come mezzo di trasmissione e un refrigerante concorrente, riducendo significativamente la HAZ e sopprimendo la distorsione e le microcricche, migliorando così la precisione e la qualità dei bordi/superfici (vedere la Fig. 4). I suoi vantaggi possono essere riassunti come segue:

1. Basso danno termico e qualità migliorata: L'elevata capacità termica specifica e il flusso continuo di acqua rimuovono rapidamente il calore, limitando l'accumulo termico e contribuendo a preservare la microstruttura e le proprietà.

2. Maggiore stabilità di focalizzazione e utilizzo dell'energia: Il confinamento all'interno del getto riduce lo scattering e la perdita di energia rispetto alla propagazione nello spazio libero, consentendo una maggiore densità di energia e una lavorazione più coerente, adatta per il taglio fine, la micro-foratura e geometrie complesse.

3. Funzionamento più pulito e sicuro: Il mezzo acquoso cattura e rimuove fumi, particolato e detriti, riducendo la contaminazione atmosferica e migliorando la sicurezza sul lavoro.

Specifiche

Condivisione delle applicazioni e distribuzione settoriale dei materiali di taglio laser guidati da getto d'acqua (WJGL)

Aerospaziale ed energia (≈30–35%)

Questo settore rappresenta la quota maggiore delle applicazioni WJGL. I materiali tipici includono polimeri rinforzati con fibra di carbonio (CFRP), compositi a matrice di alluminio (Al MMC) e compositi a matrice ceramica (CMC). WJGL è particolarmente adatto per questi materiali grazie alla sua capacità di ridurre al minimo i danni termici e preservare le proprietà meccaniche durante il taglio di compositi termicamente sensibili e anisotropi utilizzati in strutture aerospaziali ed energetiche ad alte prestazioni.

Strumenti di precisione e materiali metallici (≈25–30%)

Una parte significativa dell'utilizzo di WJGL è dedicata alla lavorazione dei metalli di precisione. Le applicazioni rappresentative includono pale di motori prodotte con superleghe a base di Ni (ad esempio, Inconel 718, Haynes 188), leghe di titanio (Ti-6Al-4V) e componenti di alta precisione come parti di orologi da polso realizzate in Cu, Al e Ti. La tecnologia consente un'elevata accuratezza dimensionale, larghezze di taglio ridotte e una qualità superficiale superiore.

Semiconduttori e microelettronica (≈20–25%)

Nel settore dei semiconduttori e della microelettronica, WJGL è ampiamente applicato al taglio di materiali cristallini e fragili, tra cui wafer di silicio, diamanti e materiali fotovoltaici come Si e GaAs. La sua capacità di sopprimere micro-cricche, scheggiature e danni al sottosuolo lo rende adatto per il taglio di wafer di alta precisione e la fabbricazione su microscala.

Componenti medicali (≈10–15%)

Sebbene inferiore nella quota complessiva, le applicazioni mediche sono di alto valore tecnologico. WJGL viene utilizzato principalmente per la fabbricazione di stent piatti cardiovascolari da leghe biocompatibili come CoCr, NiTi, Cr-Pt e leghe di magnesio. Il processo soddisfa i severi requisiti per caratteristiche ultra-fini, tolleranze ristrette e zone termicamente alterate minime, fondamentali per le prestazioni dei dispositivi medici.

Nel complesso, la distribuzione settoriale dimostra che il taglio WJGL è prevalentemente impiegato in settori manifatturieri avanzati in cui sono essenziali alta precisione, basso impatto termico ed eccellente integrità dei materiali.

Domande frequenti (FAQ) sul laser guidato da getto d'acqua (WJGL)

 

1) Cos'è la lavorazione laser guidata da getto d'acqua (WJGL)?

WJGL è un metodo di lavorazione laser in cui il raggio laser è accoppiato in un micro getto d'acqua. Il getto d'acqua funge sia da mezzo di guida del fascio che da mezzo di raffreddamento/rimozione dei detriti, consentendo un'elevata precisione con danni termici ridotti.

2) Come funziona WJGL?

WJGL si basa sulla riflessione interna totale all'interfaccia acqua-aria. Poiché l'acqua e l'aria hanno indici di rifrazione diversi, il laser può essere confinato e guidato all'interno della colonna d'acqua, in modo simile a una “fibra ottica liquida”, e consegnato in modo stabile alla zona di lavorazione.

3) Perché WJGL riduce la zona termicamente alterata (HAZ)?

L'acqua che scorre continuamente rimuove il calore in modo efficiente grazie alla sua elevata capacità termica. Questo sopprime l'accumulo di calore, riducendo HAZ, distorsioni e microcricche.