Spellatura al laser CO₂ dei cavi elettrici

La spellatura laser dei cavi elettrici [laser wire stripping] è il processo di rimozione totale o parziale del materiale isolante che riveste i cavi elettrici. In altre parole si tratta della lavorazione che serve a mettere a nudo l’anima metallica dei cavi. In genere si esegue alle estremità dei cavi per rendere possibili i collegamenti, ma può anche essere eseguita in varie modalità lungo il cavo.

La caratteristica più vantaggiosa della spellatura laser è che il laser interviene selettivamente sul materiale isolante senza intaccare l’anima metallica del cavo. Si tratta di un vantaggio notevole rispetto alle tecniche tradizionali di spellatura in quanto consente di raggiungere un’elevata qualità e precisione nelle lavorazioni e questo l’ha resa una tecnica molto utilizzata nei settori ad alta tecnologia.

Non a caso, l’idea di usare il laser per rimuovere lo strato isolante dei cavi elettrici nasce in ambito aerospaziale. Negli anni ‘70 la NASA aveva bisogno di trovare una soluzione per la spellatura dei sottili cavi dello Space Shuttle. Gli strumenti per la spellatura utilizzati all’epoca non garantivano la qualità e la precisione necessarie per un’applicazione di quel tipo.

I metodi tradizionali di spellatura cavi e i loro svantaggi

I limiti riscontrati dagli ingegneri della NASA sono gli stessi di oggi. Chi vuole eseguire un’operazione di spellatura dei cavi può farlo con tre tecniche:

La prima è il metodo meccanico, che è quello più diffuso. Questo si serve di lame per incidere il rivestimento dei cavi elettrici.

Questo metodo ha diversi limiti:

• espone il cavo ad elevate possibilità di danneggiamento
• è estremamente lento se si vogliono ottenere risultati accurati
• ogni tipologia di cavo richiede uno strumento dedicato
• gli strumenti richiedono manutenzione per mantenere l’efficacia

Il rischio di danneggiamento, cioè il fatto di intaccare il cavo, è uno dei rischi principali di questa tecnica. Per risolvere il problema i produttori hanno prodotto cavi sovradimensionati, in modo che un’eventuale perdita di metallo non avrebbe ridotto la funzionalità del cavo.

Se questa può essere una soluzione per i settori a basso livello tecnologico, in altri settori il sovradimensionamento dei cavi non è una soluzione adatta.

Nel settore aerospaziale ad esempio il contenimento del peso è fondamentale. Per questa ragione ogni componente è pensato per avere il peso più basso possibile, il che significa che sono molto sottili. E significa anche che eventuali danneggiamenti del cavo potrebbero causare malfunzionamenti e provocare incidenti.

Oltre al metodo meccanico la spellatura può essere eseguita con un procedimento chimico e con uno termico.

Il procedimento chimico utilizza sostanze corrosive come l’acido solforico per sciogliere il rivestimento dei cavi e metterne a nudo il materiale conduttore. Lo svantaggio di questa tecnica è che non si controlla facilmente e inoltre è inquinante.

Il procedimento termico utilizza invece una fonte di calore per rimuovere il rivestimento. Con questo metodo però il rivestimento può lasciare materiale residuo e deve quindi essere sottoposto a lavorazione ulteriore.

La spellatura laser permette di superare questi inconvenienti. Non stupisce quindi che si sia affermata come il metodo d’elezione per le applicazioni ad alta tecnologia.

Perché funziona la spellatura laser

Nella maggior parte dei casi il materiale di rivestimento dei cavi elettrici è composto da un qualche tipo di polimero plastico. L’anima interna è invece fatta in metallo, molto spesso rame. Ora il laser agisce selettivamente solo sui polimeri del rivestimento e non modifica in alcun modo il conduttore.

La ragione di questo comportamento è da ricercare nei fenomeni di interazione tra i diversi materiali e la radiazione laser.

Il laser a CO₂ emette una radiazione alla lunghezza d’onda di 10,6 micrometri, cioè nella regione del lontano infrarosso [far-IR]. Come è noto, i polimeri assorbono molto bene questa radiazione mentre il rame la riflette quasi al 100%, senza subire alterazioni.

I vantaggi della spellatura laser

Grazie a queste caratteristiche dell’interazione, la spellatura laser riesce a ottenere diversi vantaggi sui metodi tradizionali:

• flessibilità: è efficace su quasi tutti i materiali polimerici con cui sono costruiti i rivestimenti dei cavi elettrici
• precisione: è un processo non a contatto quindi permette di lavorare su tolleranze molto strette e di realizzare lavorazioni che con i metodi tradizionali sarebbe impossibili
• efficacia: dato che il laser è riflesso dalla maggior parte dei metalli, il processo di rimozione non richiede ulteriori lavorazioni perché il processo si conclude con la rimozione del polimero

Quali sono i tipi di spellatura laser

Nella spellatura laser il laser può effettuare 3 operazioni di base:

• taglio laser trasversale: il taglio è eseguito trasversalmente al cavo in modo da permettere la rimozione del materiale in eccesso
• taglio longitudinale: il taglio nel senso della lunghezza. In genere questa lavorazione si esegue quando è necessario rimuovere una porzione di cavo più lunga e si usa insieme al taglio trasversale
• ablazione laser: il laser passa più volte sulla superficie fino alla completa eliminazione del rivestimento. Questa tecnica è usata soprattutto quando il materiale conduttore è immerso nel rivestimento [bonded wire]

Accanto a queste operazioni di base, il laser permette di eseguire lavorazioni avanzate non possibili con i metodi meccanici come ad esempio la rimozione parziale e mirata del rivestimento con creazione di finestre o la rimozione di materiale seguendo determinati pattern.

Come spesso accade nel laser le possibilità sono infinite.

Come è fatto un sistema per la spellatura laser

Un sistema per la spellatura laser dei cavi può essere realizzato in vari modi e con varie tecnologie.

La più efficace è sicuramente il galvo-scanning. In questa applicazione si utilizza una testa di scansione per movimentare il raggio laser e focalizzarlo poi sul piano di lavoro.

Tutto il sistema è controllato dai computer che coordina il funzionamento della sorgente laser a CO₂ permettendo al laser di seguire il percorso di taglio definito.

Implementare la spellatura laser dei cavi

La spellatura laser dei cavi si presta a numerose applicazioni. È ideale se si opera in un settore ad alta tecnologia che richiede grande precisione nelle lavorazioni. Una delle applicazioni, ad esempio, è la spellatura laser del filo elettrico smaltato.

Noi di El.En. siamo in grado di consigliarti al meglio. Contattaci e troveremo la soluzione laser più adatta alle tue esigenze.