• diode laser
• tempra laser
• cilindro essiccatore
• laser a diodi
• martensite
• laser hardening
• Yankee roll

Il presente lavoro di tesi si inserisce in un progetto di ricerca svolto in collaborazione con l’azienda Toscotec S.p.A., leader mondiale nella progettazione e nella fabbricazione di macchine, sistemi e componenti per la produzione di carta Tissue e Paper & Board, e comprende la progettazione e l’esecuzione di prove sperimentali sui materiali svolte presso il laboratorio di tecnologia del DICI dell’Università di Pisa. Il cilindro essiccatore (o Yankee roll) è uno dei principali componenti della linea Tissue e il lavoro svolto si è focalizzato sull’applicazione della tecnologia di laser hardening in sostituzione dell’attuale uso della metallizzazione, al fine di migliorare alcune caratteristiche della superficie del cilindro essiccatore, quali la riduzione della resistenza termica e del rischio di sfaldamento, una maggiore efficienza e pulizia del trattamento e l’ottenimento di una bassissima distorsione (necessaria per evitare una rettifica dopo il trattamento). Il materiale costruttivo è un acciaio SA516 Gr.70/P355NH, ovvero un acciaio basso legato (con il 0,18% di C). L’acciaio risulta “bandeggiato”, ovvero formato da bande di perlite aventi lo 0,78% di C (percentuale dell’eutettoide) accoppiate a bande di ferrite eutettoide aventi lo 0,02% di C. Le due fasi sono accoppiate in maniera tale che la percentuale finale di C sia pari allo 0,18%. Il cilindro si usura poiché viene in contatto con tre raschie posizionate nella parte in cui la carta si stacca dal cilindro stesso. L’obiettivo è quello di creare una struttura martensitica più profonda possibile che garantisca un’adeguata durezza alla parte esterna del cilindro e una lunga durata del Yankee roll. Al fine di stabilire le potenzialità della tecnologia di laser hardening applicata ad un cilindro monolucido, è stata condotta un’analisi sperimentale. Per tale scopo, sono stati scelti degli opportuni talloni ricavati da un monolucido che sono stati successivamente lapidellati. I talloni sono stati lavorati mediante un laser a diodi ad alta potenza (3 kW) presso l’azienda Nextema Srl di Bologna. Il laser alimenta una fibra ottica che raggiunge l’end-effector del robot in cui è presente una testa ottica che forma il laser beam. Sono stati considerati 6 set di parametri indipendenti e i talloni sono stati tagliati mediante tecnologia EDM per ricavare dei campioni da studiare sperimentalmente. I campioni sono stati preparati lucidandoli ed attaccandoli al Nital 2%. Sono state eseguite le misure di microdurezza HV0.1 a diverse profondità rispetto alla superficie e si è usato il microscopio ottico a bassi ingrandimenti (x2.5 e x10) per individuare le parti indurite e per fare un confronto con i dati di micro-durezza precedentemente misurati al durometro. In base a queste informazioni sono stati scelti i due campioni più significativi che poi sono stati osservati al microscopio ottico a grande ingrandimento (x50) in modo tale da risolvere la microstruttura presente con le varie zone di transizione. Rispetto quanto osservato dalle prove sperimentali, sono stati proposti alcuni suggerimenti per i possibili sviluppi futuri della tecnologia. Inoltre, è stato sviluppato un modello Ansys Workbench Thermal in modo tale da simulare il processo di laser hardening sul componente, al fine di parametrizzare il processo stesso rispetto alle variabili indipendenti fondamentali quali potenza, velocità di avanzamento e dimensione dello spot. Infine, si è progettato un layout industriale per la lavorazione direttamente in cartiera, considerando gli ingombri disponibili, le difficili condizioni di lavoro e la sicurezza rispetto al laser beam. Sono stati calcolati i parametri di lavoro al fine di poter programmare le velocità del cilindro monolucido e della guida lineare in cui è montata la testa ottica e sono stati stimati i tempi di lavoro di un hardening completo del cilindro.