Negli ultimi anni le applicazioni della tecnologia laser si sono diffuse soprattutto per due vie. La prima è il superamento dei limiti tecnici con il continuo aumento della potenza di uscita, che ha fatto calare sensibilmente il prezzo per watt dei laser e ridotto di molto i costi d’impiego. La seconda è la comparsa di nuove tecnologie laser e la progressiva maturazione delle tecnologie applicative, che portano nuove applicazioni e ampliano la domanda di mercato.
L’aumento della potenza si può considerare uno sviluppo verticale della tecnologia laser, mentre i nuovi tipi di laser ne rappresentano lo sviluppo orizzontale. Dell’aumento di potenza abbiamo già parlato molto, quindi qui non lo tratteremo. Concentriamoci invece sul futuro dei nuovi laser: negli ultimi 10 anni sono stati discussi e studiati molti tipi di laser, dalla fibra pulsata alla fibra in continua, dal monomodo al multimodo, dalla luce verde all’UV, fino ai laser a disco, a semiconduttore, a picosecondi e a femtosecondi. Dopo il laser a femtosecondi, quale sarà la prossima strada tecnologica del laser? È una domanda che mi pongo da due anni.
C’è chi indica il laser ad attosecondi, ma si tratta ancora di un tema di ricerca molto attuale e nel mondo non esistono casi di laser ad attosecondi commerciali maturi. Negli ultimi due anni si è affermato gradualmente il laser blu, che ha attirato l’attenzione degli addetti ai lavori. Quali cambiamenti potrà portare alle applicazioni laser questo nuovo tipo di laser? Lo sviluppo del laser blu ha un futuro?
Lo sviluppo del laser blu all’estero
Il laser blu è una sorgente luminosa con una lunghezza d’onda di circa 450 nm e uno spettro di uscita nella banda del blu. Il laser blu industriale è principalmente un laser a semiconduttore. Tra i primi a realizzarlo, a quanto risulta, c’è stata DILAS, specialista dei laser a semiconduttore, che nell’aprile 2015 ha presentato un sistema a diodi laser a luce visibile blu da 450 nm con potenza di uscita massima di 25 W, fibra con diametro del nucleo di 200 μm o 400 μm, estendibile fino a 100 W e utilizzabile per la lavorazione dei materiali.
Sempre nel 2015, la giapponese Shimadzu ha annunciato di aver sviluppato con successo BLUE IMPACT, un laser a diodi diretti ad alta brillanza accoppiato in fibra, basato su diodi laser blu al nitruro di gallio: la prima sorgente al mondo di questo tipo prodotta in forma completa per la lavorazione laser. Alla fine del 2015 il prodotto ha vinto il premio «Super Manufacturing Parts Award», simbolo della tecnologia d’avanguardia giapponese. Nel febbraio 2019 Shimadzu ha annunciato una collaborazione con l’Università di Osaka per sviluppare un laser a semiconduttore da 1 kW.
All’inizio la potenza dei laser blu era molto bassa e non riceveva grande attenzione; solo nel 2017 si è compresa la necessità di sviluppare laser blu ad alta potenza. In generale, un diodo laser blu può emettere solo come singola unità: per ottenere potenze elevate le dimensioni del fascio aumentano, ed è difficile mantenere un fascio piccolo ad alta potenza. Il problema si risolve scegliendo un opportuno metodo di accoppiamento, cioè predisponendo più sorgenti di luce blu e facendo convergere la luce emessa in una fibra ottica attraverso una lente. Il laser viene così erogato tramite fibra ottica: non solo è facile da utilizzare, ma collegando insieme più unità laser si può aumentare agevolmente la potenza di uscita.
Con il sostegno di EFFILAS, progetto di ricerca governativo della durata di tre anni, la tedesca Laserline ha realizzato il primo laser blu a semiconduttore della classe del kilowatt: dopo un prototipo da 500 W nel 2018, nel 2019 ha presentato al salone della fotonica di Shanghai il primo laser blu a semiconduttore commerciale da 1 kW al mondo. All’inizio del 2020 l’azienda ha annunciato la disponibilità commerciale di laser blu da 2 kW.
Anche Nuburu è tra i principali produttori di laser blu: ha iniziato con i laser a semiconduttore nel 2017, è passata a 150 W nel 2018 e a 500 W nel 2019, e per il 2020,1500 W era la potenza prevista per i suoi laser blu ad altissima brillanza. Nel dicembre 2020 NUBURU ha annunciato la chiusura di un nuovo round di finanziamento da 20 milioni di dollari.
Nel febbraio 2020 i media hanno riferito che Panasonic aveva lanciato con successo il laser blu più potente al mondo, con una potenza dichiarata di 135 W. Un fascio in uscita di alta qualità si ottiene applicando la tecnica di combinazione dei fasci a più lunghezze d’onda (WBC) ai laser a diodi diretti (DDL). Con questa tecnica la potenza si può regolare mantenendo la qualità del fascio, semplicemente aumentando il numero di sorgenti laser. L’intensità laser risultante può essere superiore di due ordini di grandezza rispetto a quella di un sistema laser blu convenzionale. La tecnologia è stata in parte sviluppata da TeraDiode (TDI), acquisita da Panasonic nel 2017. TDI produce laser a semiconduttore ad alta potenza e alta brillanza ed è l’unico produttore al mondo in grado di realizzare laser a semiconduttore per il taglio dei metalli.
Lo sviluppo del laser blu in Cina
Nel 2020 anche istituti di ricerca e aziende cinesi si sono mossi, lanciando i propri laser blu a semiconduttore. A maggio Shenzhen Lianying Laser ha annunciato il primo laser blu a semiconduttore cinese, con potenza nella classe di 1 kW e lunghezza d’onda di 455 nm. Nella saldatura del rame lavora in conduzione termica: il processo è privo di spruzzi, il bagno di fusione è stabile e, dopo la saldatura, il cordone risulta piano e di buon aspetto.
Più o meno nello stesso periodo, un’azienda di laser a semiconduttore da tempo concentrata sui materiali semiconduttori emettitori di luce di terza generazione ha sviluppato con successo un laser blu di livello industriale.
A settembre, l’Istituto per l’innovazione nelle hard tech della Greater Bay Area Guangdong-Hong Kong-Macao ha annunciato un laser blu a semiconduttore a emissione diretta di livello industriale, con potenza di uscita di 500 W, stabilità della potenza inferiore a ±2% e struttura compatta, adatto alla saldatura, al riporto e alla stampa 3D di materiali altamente riflettenti. Per verificare le prestazioni del prodotto, l’istituto ha inoltre selezionato 5 aziende a cui offrire gratuitamente un anno di prova del laser blu.
Sempre a settembre, alla Fiera internazionale dell’industria di Shanghai, Raycus (Wuhan), principale produttore cinese di laser a fibra, ha annunciato il lancio del proprio laser a semiconduttore. In quell’occasione ha sottolineato che nella saldatura il tasso di assorbimento del laser blu è più elevato, circa 10 volte quello della banda infrarossa. Sul sito di Raycus è presente un laser blu da 500 W, impiegato per la saldatura di oro, argento, rame, metalli non ferrosi, batterie, componenti 3C e leghe.