La sfida: produrre un sistema di incisione laser automatizzato per la realizzazione di lastre a uso calcografico. L’obiettivo: sviluppare un programma in LabVIEW di National Instruments, versione 2009 a 64 bit, per la generazione di percorsi di scavo, a partire da immagini raster ad elevatissima risoluzione, 8000 DPI. La soluzione: un sistema laser di incisione calcografica per lastre che permette agli operatori di ottenere una perfetta incisione su piastra metallica.
di Dario Esofago, Massimo Lorenzi, Maurizio Santini (*)
(*) Dario Esofago, Massimo Lorenzi, Maurizio Santini svolgono la propria attività presso la Cattaneo Meccanica S.p.A. di Albegno di Treviolo, in provincia di Bergamo.
Realizzare incisioni calcografiche ad altissima risoluzione richiede notevoli capacità di calcolo ed elaborazione. Sebbene gli ultimi sistemi operativi a 64bit consentano di usufruire di notevoli quantità di memoria e i recenti processori multicore dispongano di un’elevata potenza di calcolo, spesso non è possibile sfruttare tali potenzialità a causa dei limiti del software di sviluppo. National Instruments è stata una delle prime aziende ad offrire ai propri clienti sistemi di sviluppo a 64bit, con la capacità nativa di operare su processori multicore. Utilizzando il pacchetto NI Vision e LabVIEW è stato possibile sfruttare tutte le potenzialità delle moderne workstation professionali e realizzare un sistema in grado di elaborare immagini troppo grandi per essere trattate con i sistemi tradizionali.
Il nuovo sistema laser di incisione calcografica per lastre è stato completamente ideato, progettato e prodotto da Cattaneo Meccanica con l’obiettivo di presentare un sistema assolutamente innovativo e unico, dando la possibilità di escludere completamente qualsiasi elemento chimico nel processo di incisione, che consiste in un sistema chiuso, autonomo, che permette agli operatori di ottenere una perfetta incisione su piastra metallica, senza la necessità di eventuali interventi successivi o ritocchi intermedi. Il sistema utilizza una sorgente laser per l’incisione che sostituisce tutti i processi chimici normalmente utilizzati. L’operazione avviene in modo protetto e, in ogni caso, del tutto innocuo per l’operatore, in quanto il sistema rispetta i più elevati standard di sicurezza.
IL CUORE DEL SISTEMA
Il cuore del sistema è il modulo di generazione dei percorsi di scavo. Tramite questo strumento software, interamente realizzato tramite l’ausilio di LabVIEW, coadiuvato dal pacchetto NI Vision, è possibile partire da un’immagine digitale in formato raster ad elevatissima risoluzione, 8000 DPI, e convertirla in percorsi di scavo di tipo vettoriale. Per ogni elemento grafico preso in esame dal sistema, è possibile specificare tre differenti modalità di incisione: normale (massima velocità di scavo, minore dettaglio); fine; ultrafine (ottimizzata per l’incisione di microlettore). È altresì possibile, per ogni modalità di incisione, specificare diversi livelli di profondità, in un range compreso tra 10 e 200 µm. Su richiesta, è possibile applicare una maschera che consente al sistema di realizzare differenti pattern sul fondo dell’incisione, in modo da facilitare l’aggrappo dell’inchiostro e modificare il risultato di stampa a seconda delle esigenze. L’informazione incapsulata nel file vettoriale consente al sistema di incisione di specificare il percorso di scavo ottimale per la perfetta riproduzione dell’immagine desiderata su lastre di differenti materiali.
Il sistema di incisione lastra è composto da una struttura in materiale composito ad alta rigidità, sormontata da un sistema Gantry a 2 assi X, Y mosso da servomotori lineari retroazionati tramite riga ottica. Il sistema così composto consente notevoli precisioni di movimentazione, accuratezza e ripetibilità di movimento di ±3µm su un’area di lavoro pari a 900 x 900 mm.
Tale precisione nella movimentazione permette il posizionamento della testa laser con estrema precisione, garantendo l’assoluta ripetibilità delle realizzazioni, senza alcuna imperfezione o differenza rispetto a quella precedentemente incisa, a garanzia di assoluta qualità nella realizzazione del prodotto finale.
LA SORGENTE LASER
La sorgente laser, di tipo Nd:YAG pompata con array di diodi, è composta da un rail contenente la sorgente, una testa di scansione galvanometrica e un sistema di raffreddamento a circuito chiuso. La marcatura avviene senza alcun contatto meccanico, per effetto di un’interazione termo-acustica fra laser e materiale metallico presentando caratteristiche di indelebilità, elevata qualità, velocità e flessibilità di esecuzione.
Considerando il laser alla stregua di uno strumento di incisione, è possibile calcolare e simulare ogni tipo di immagine in modo da ottenere: incisioni a più livelli; incisioni a forma di ‘V’, con profondità proporzionale allo spessore della linea; microlettere; punti con diametro minimo di 20 µm, con diverse profondità.
Questa soluzione consente di sostituire tutti i prodotti chimici normalmente utilizzati per l’incisione chimica tradizionale. Il software di controllo dell’automazione, interamente realizzato tramite LabVIEW, supervisiona direttamente tutte le operazioni di movimentazione del piano X, Y e di incisione della lastra, coordinando le operazioni di movimentazione e incisione. L’interfaccia grafica di controllo consente all’operatore, con pochi passi, di impostare l’area di lavoro in modo semplice e intuitivo, nascondendo la complessità del sistema. Una volta impostato il lavoro, il sistema è in grado di operare autonomamente, anche 24 ore su 24, fino al termine dell’incisione, senza la necessità di intervenire manualmente.
Particolare della fase di incisione su ottone su una macchina Helios sviluppata da Cattaneo Meccanica.
L’interfaccia grafica di controllo consente all’operatore, con pochi passi, di impostare l’area di lavoro in modo semplice e intuitivo, nascondendo la complessità del sistema.