Microforatura laser di titanio: Studio del processo e valutazione del suo effetto sulla microstruttura del materiale --- Laser microdrilling of titanium: Investigation of the process and evaluation of its effect on material microstructure|

Laser micromachining are becoming a relevant topic in industrial applications, mainly thanks to the continuos evolution of the laser sources. The thermal damages on the material, after to be laser processed, is a fundamental aspect as a result of the machining. For this reason, laser sources, which are able to minimize the heat introduced inside the workpiece during the process, are considered very suitable for their applications in industrial cases. In this context the introduction of pulsed fiber lasers, which are applied to perform material microprocessing, have to be put in evidence. These are innovative laser sources, which are very interesting to be applied for high precision machining of small features, thanks to their positive characteristics, such as high beam quality, high focusability, high productivity and reliability. Consequently, the study and the evaluation of their performances in material microprocessing can be considered as a relevant topic of the last years for both academic and industrial researches. In this work a study on laser percussion microdrilling on 0.5 mm thick commercially-pure titanium sheets with a nanosecond pulsed fiber laser was investigated. The work was aimed at investigating the effect of the main process parameters (pulse energy and pulse frequency) on the quality features of the machined through holes (mean diameters, aspects and area of top spatter) and at evaluating the effects of laser machining on material microstructure by means of nanohardness measurements around the machined holes. Regressive models of the investigated hole quality features and the dimension of the thermal affected zone were proposed. Besides cross sections of the holes performed in two process conditions were considered in order to evaluate the inner shape of the holes and the thermal effect of the laser micromachining process.

Le microlavorazioni effettuate mediante laser di potenza si stanno sviluppando a livello industriale grazie alla tecnologia in continua evoluzione di sorgenti laser innovative. Il conseguente effetto di tipo termico sul materiale risulta essere un aspetto fondamentale sul risultato della lavorazione in questione. Per questo motivo, sorgenti laser che consentono la riduzione del calore introdotto durante la lavorazione risultano essere notevolmente interessanti da studiare per favorire la loro applicazione a livello industriale. In questo contesto si mettono in evidenza l'introduzione dei laser in fibra pulsati per microlavorazioni. Queste sono sorgenti laser innovative che risultano essere estremamente interessanti per lavorazioni di precisione e su piccole dimensioni, grazie alla elevata qualità del fascio laser, l'elevata focalizzabilità ed anche l'elevata produttività. In questo lavoro è proposto uno studio riguardante l'effetto della lavorazione laser, effettuata mediante un laser in fibra, nel processo di microforatura di titanio commercialmente puro. La sorgente utilizzata è un laser in fibra pulsata da 50W, che consente la generazione di impulsi laser di durata nell'ordine dei nanosecondi. Nella prima parte del lavoro è stata identificata una zona di fattibilità tecnologica per la realizzazione di fori ed all'interno della quale sono proposti dei modelli di regressione che legano i parametri di processo agli attributi di qualità dei fori. Successivamente sono identificate due condizioni di processo limite, ovvero quella più energetica e quella meno energetica, sulle quali è stata effettuata un'analisi relativa al danneggiamento termico del materiale a seguito della lavorazione laser. Tale valutazione è stata effettuata mediante misure di nanodurezza, che consentono di valutare variazioni di durezza in zone estremamente contenute nell'ordine di qualche micron sia nelle zone di ingresso e di uscita dei fori sia nella loro sezione trasversale. Il risultato raggiunto indica che la lavorazione laser provoca una variazione sulla durezza del materiale ed è possibile stimare la dimensione della zona termicamente alterata attraverso il profilo di nanodurezze.