Lavorazione laser del PTFE

Il PTFE è un polimero sintetico utilizzato in molti ambiti. La sigla sta per Politetrafluoroetilene, ma sicuramente è più conosciuto sotto alcuni nomi commerciali come ad esempio Teflon o Algoflon. Appare come un materiale plastico, generalmente di colore bianco, ma che può essere colorato di nero con degli additivi. Può essere usato da solo o con altri polimeri.

Il PTFE appartiene ai Perfluorocarburi, una classe di polimeri composti prevalentemente da catene di fluoro e carbonio.

Proprio dalla loro composizione chimica nascono una vasta gamma di proprietà fra cui:

• Antiaderenza
• Impermeabilità
• Resistenza agli agenti chimici
• Resistenza al fuoco e alle alte temperature
• Elevato potere isolante
• Scorrevolezza

Le applicazioni sono numerose. Forse la più comune è come rivestimento antiaderente per le stoviglie. Ma il PTFE è utilizzato creare guarnizioni, nastri isolanti e ovunque sia necessario un componente capace di ridurre gli attriti e resistere agli agenti corrosivi.

Il fatto che sia composto principalmente da carbonio, lo rende perfettamente compatibile con la lunghezza d’onda del laser a CO₂. Sul PTFE è possibile eseguire facilmente e con ottimi risultati il taglio, la perforazione, la marcatura e l’incisione laser.

L’interazione tra PTFE e laser a CO₂

L’elevato potere isolante è la caratteristiche che influisce maggiormente sui risultati dell’interazione tra il laser a CO₂ e il PTFE.

In generale, quando il raggio laser raggiunge la superficie di un materiale, concentra un’energia molto elevata in un singolo punto. In questo modo si mettono in atto delle trasformazioni chimiche o fisiche dipendenti dalle caratteristiche dei materiali.

Nel caso del PTFE, l’energia generata dal laser spezza i legami molecolari delle catene di Fluoro e Carbonio provocando la trasformazione chimica del materiale nel caso della marcatura laser o la sua rimozione nel caso dei processi di taglio e incisione laser.

Come abbiamo detto, il PTFE è un materiale dalle ottime proprietà isolanti e quindi assorbe il calore nel punto di contatto con il laser, non lo disperde nella zona circostante. Inoltre ha un punto di fusione alto. Entrambe queste caratteristiche hanno importanti conseguenze sul comportamento del laser. La scarsa conduttività termica e l’elevato di fusione fanno si che la HAZ (Heat-Affected Zone), sia molto contenuta, limitata al punto di contatto tra il raggio laser e il materiale.

Il risultato è che le lavorazioni laser sul PTFE sono molto precise e pulite. Le possibilità di danneggiare accidentalmente il materiale o di creare zone di annerimento o bruciature sono remote. Il PTFE assorbe molto bene l’energia del laser a CO₂ e per questo è possibile ottenere lavorazioni molto efficienti in termini di velocità.

PTFE Laser cutting

Nel taglio laser il raggio è utilizzato per rimuovere il materiale lungo un percorso di taglio predefinito. La rimozione del materiale avviene per sublimazione: l’energia generata dal laser è concentrata in uno spot molto piccolo, ed è proprio l’elevata densità di energia a provocare il passaggio istantaneo del materiale dallo stato solido allo stato gassoso.

Il taglio laser è utilizzato in molte attività come ad esempio creare aperture in un materiale, ricavare forme da un foglio di materiale, ricavare pezzi da una matrice.

La particolarità del taglio sul PTFE è che i bordi di taglio sono netti, perfettamente finiti. Il pezzo ottenuto non ha bisogno di ulteriori lavori perché è già rifinito. Il taglio laser permette di seguire percorsi di taglio di elevata complessità.

PTFE Laser drilling

La perforazione laser [laser drilling] è una variante del taglio laser.

In questa lavorazione il laser è usato per creare un foro su una lastra di materiale, proprio come farebbe un trapano meccanico. La perforazione laser però permette di superare i limiti della lavorazione meccanica.

Con il laser si possono creare dei fori di dimensioni microscopiche. Si va da un minimo di una frazione di millimetro, al massimo consentito dalle caratteristiche di design della macchina con cui è eseguita la lavorazione.

Inoltre il laser permette di controllare con grande precisione tutti i parametri della lavorazione come l’inclinazione delle pareti del foro, la rastrematura, la profondità e la densità dei fori sulla superficie. È possibile creare pezzi con tutte le caratteristiche più adatte alla funzione che devono svolgere. Nel caso di un filtro, ad esempio, si possono creare fori con dimensioni, forma e disposizione ben precise.

PTFE Laser marking and engraving

Il PTFE si presta bene anche a processi di marcatura e incisione laser. Questi due processi sono in genere utilizzati per imprimere loghi, codici alfanumerici, codici a barre o codici QR e informazioni di vario tipo su un determinato materiale.

Marcatura e incisione laser invece sono processi simili anche se il meccanismo della lavorazione è diverso.

Sia l’uno che l’altro processo si basano sull’interazione tra il raggio laser e la superficie del materiale ma nella marcatura si attua una trasformazione chimica del materiale, nell’incisione si attua un’ablazione del materiale come nel taglio laser. La marcatura quindi è più superficiale: il segno è creato perché la trasformazione del materiale crea un contrasto rispetto al materiale circostante. Nell’incisione invece il laser crea un solco incidendo direttamente il materiale.

La scelta di una lavorazione o di un’altra dipendono dal tipo di applicazione ma anche dal tipo di materiale su cui è eseguita.

Sul PTFE bianco ad esempio la marcatura laser da scarsi risultati perché il segno non ha abbastanza contrasto da creare un segno sufficientemente visibile. Come abbiamo detto il PTFE ha un’alta temperatura di fusione, quindi è difficile creare dei segni di bruciatura.

Sul PTFE di colore nero invece la marcatura ha più successo perché l’interazione tra il laser e il materiale riesce a incidere un segno sul materiale in quanto il PTFE, sottoposto ad alte temperature, si espande e appare il segno bianco a contrasto col nero circostante.

L’incisione laser invece è possibile su ogni tipo di PTFE con risultati ottimali. Come abbiamo detto, il PTFE è un ottimo assorbitore della lunghezza d’onda del laser CO₂, ma anche un cattivo conduttore di calore. Questo fa sì che la zona colpita dal calore sia limitata al punto di interazione tra il laser e il materiale, con il risultato che l’incisione è molto precisa e pulita.

Scrivici per sapere come lavorare il PTFE con il laser a CO₂

Ogni applicazione laser ha le sue particolarità. Non esiste un regola valida per tutte le circostanze e per tutti i materiali. Per trovare una soluzione che sia adatta alle tue necessità contattaci. Saremo felici di trovare una soluzione al tuo problema.