ITTO20130087A1 - Procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti - Google Patents
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Description
Descrizione dell’Invenzione Industriale avente per titolo:
“PROCEDIMENTO DI MARCHIATURA LASER E REALIZZAZIONE DI CONNESSIONI ELETTRICHE / ELETTRONICHE PER SUPERFICI TRASPARENTI”
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti. Il termine "trasparente", come qui utilizzato, indica la condizione di una superficie tale per cui essa possa essere ragionevolmente attraversata da luce (nel campo visibile o laser).
La tecnica prevede diversi sistemi che consentono la marchiatura indelebile di superfici trasparenti, ed in particolare del vetro o di materiali plastici.
Uno di tali sistemi prevede l’apposizione sulla superficie trasparente di apposite etichette ricoperte successivamente da uno strato di pellicola trasparente: tale sistema è però relativamente costoso, anche perché prevede l'utilizzo di materiali differenti da quanto possa essere facilmente reperibile in commercio.
Un altro sistema particolarmente diffuso è quello della polverizzazione catodica, noto anche come “sputtering”: in tale sistema la marchiatura della superficie trasparente avviene mediante trasferimento e deposizione di atomi, ioni o frammenti molecolari da un materiale solido detto bersaglio (target) posto al di sopra di tale superficie e bombardato con un fascio di particelle energetiche, generalmente ioni. Anche i macchinari destinati alla applicazione dello “sputtering” sono molto costosi, dato che prevedono una complessità di gestione delle variabili di processo coinvolte.
La tecnica propone inoltre numerosi sistemi di marchiatura mediante laser sovrapponendo la superficie di materiale trasparente ad uno strato di trasferimento costituito da un materiale contenente pigmenti sensibili al laser, eventualmente mediante l’interposizione di uno strato adesivo: applicando la luce laser a tale strato si ha passaggio di tale pigmento al materiale trasparente, sotto forma di plasma.
Esempi di tali sistemi sono descritti in TW201107150, WO03035411, WO03080335, WO03080334. In generale anche tali sistemi presentano numerosi inconvenienti. In particolare:
- in alcuni casi, come per esempio nel procedimento di TW201107150, lo strato di trasferimento contiene nero carbone e biossido di titanio: l’applicazione dei sistemi sopra descritti, così come la produzione dello strato di materiale contenente pigmenti sensibili al laser stesso, può quindi provocare la liberazione di polveri libere o similari in microgranulometria che possono essere potenzialmente molto nocive, anche nello stadio di produzione delle polveri o i substrati medesimi;
- lo stesso strato di trasferimento deve essere trasparente o traslucido;
- è richiesto l’utilizzo di pigmenti di flusso del vetro e relativi assorbitori con le relative polveri;
- le frequenze di applicazione del laser sono limitate.
Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, fornendo procedimento che consenta la marchiatura indelebile di superfici trasparenti in modo sostanzialmente più economico e semplice rispetto a quanto proposto dalla tecnica nota.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti nel quale lo strato di trasferimento sia privo di materiale contenente polveri e/o pigmenti sensibili al laser, ed in particolare nero carbone e/o titanio.
Inoltre, uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti nel quale sia sufficiente la semplice sovrapposizione in appoggio a contatto tra superficie trasparente da marchiare e strato di trasferimento, senza quindi la necessità di ricorrere ad alcuno strato di materiale adesivo tra di essi interposto.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti nel quale il materiale/strato di trasferimento possa essere più volte riutilizzato.
Inoltre, uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti nel quale lo strato di trasferimento non debba essere necessariamente trasparente o traslucido.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti nel quale non sia richiesto l’utilizzo di pigmenti di flusso del vetro e relativi assorbitori con le relative polveri.
Inoltre, uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti nel quale si possa utilizzare una qualsiasi frequenza del laser che sia trasparente per tali superfici da marchiare.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento nel quale la marchiatura delle superfici trasparenti avviene attraverso il trasferimento di plasma metallico e non di pigmento contenuto nello strato di trasferimento.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.
Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la FIG. 1 mostra una vista laterale schematica di una fase del procedimento secondo la presente invenzione; e
- la FIG. 2 mostra un’altra vista laterale schematica di una fase del procedimento secondo la presente invenzione.
Facendo riferimento alle Figure è possibile notare che il procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti comprende le fasi di:
a) fornire almeno uno strato di trasferimento 1 composto da almeno un materiale a comportamento metallico o che sia in grado di formare plasma; b) fornire almeno uno strato di materiale trasparente 3 da marchiare;
c) sovrapporre tale strato di materiale trasparente 3 a tale strato di trasferimento 1; d) insistere con almeno un fascio di generazione di calore puntuale 5 su tale strato di trasferimento 1 attraverso tale strato di materiale trasparente 3;
e) terminata la marchiatura, rimuovere lo strato di materiale trasparente 3 dallo strato di trasferimento 1: eventualmente, lo strato di materiale trasparente 3 può essere sottoposto a successive operazioni di pulitura e/o lucidatura, oppure finizioni di altro genere, quali l'inserimento di componenti elettronici.
Lo strato di trasferimento 1 può essere costituito da un qualsiasi materiale metallico o avente comportamento metallico, o atto alla formazione di plasma, che determini, una volta colpito dal fascio di generazione di calore puntuale 5, la produzione di plasma di molecole metalliche e che, preferibilmente, mantenga tale comportamento metallico in tutto lo spettro del fascio 5 stesso. In particolare, lo strato di straferimento 1 può essere costituito da:
- alluminio, alluminio anodizzato, rame, ottone, acciaio, acciaio inox, e qualunque altro metallo in lastra/banda di qualunque spessore, allo stato solido, liquido o gassoso;
- materiale sinterizzato;
- ceramiche e altri materiali di sintesi che abbiano comportamento analogo a quello del metallo; - altri materiali in grado di generare concentrazioni di plasma.
Lo strato di materiale trasparente 3 può essere costituito da un qualsiasi materiale trasparente al fascio di generazione di calore puntuale 5: in particolare, tale strato di materiale trasparente 3 può essere costituito da: - vetro di qualunque spessore e colorazione;
- pietre trasparenti naturali o di sintesi quali, per esempio, diamanti, moissanite, ecc…;
- materiali ceramici trasparenti al laser o alla luce visibile;
- materiali plastici trasparenti al laser o alla luce visibile, quali, per esempio, materiali acrilici (PMMA noto come plexiglass, perspex, ecc…), poliesteri (policarbonato, PET, PETG, ecc); - altri materiali trasparenti al laser;
- materiali semi-trasparenti;
- materiali opachi.
Vantaggiosamente, l’incidenza del fascio di generazione di calore puntuale 5 sullo strato di trasferimento 1 provoca la creazione di plasma metallico 7 per microfusione e la deposizione di tale plasma sulla superficie a contatto dello strato di materiale trasparente 3, determinandone la marchiatura per trasferimento di tale plasma.
Ovviamente, il fascio di generazione di calore puntuale 5 può essere realizzato da una qualsiasi sorgente energetica che consenta la generazione di plasma metallico all'interfaccia tra lo strato di trasferimento 1 e lo strato di materiale trasparente 3. In particolare e preferibilmente, tale fascio di generazione di calore puntuale 5 è costituito da un fascio di luce laser. Per esempio, nel caso di un substrato di vetro, tale fascio di luce laser può essere costituito da un FIBER LASER (per esempio un laser Crespi LCF0201064160C4) o un laser ND:YAG (per esempio un laser Crespi LYT0201064160C4) avente lunghezza d’onda tipica preferibilmente compresa tra 1055 nm e 1075 nm, ed ancora più preferibilmente uguale a 1064 nm, ed una potenza media preferibilmente compresa tra 15 Watt e 25 Watt, ancora più preferibilmente uguale a 20 Watt, con una pulsazione, ad esempio, di circa 100 nanosecondi.
Per ragioni di sicurezza e di semplicità produttiva, è possibile notare che, vantaggiosamente, per l’implementazione del procedimento secondo la presente invenzione è sufficiente sovrapporre in piano e verticalmente lo strato di materiale trasparente 3 allo strato di trasferimento 1, senza quindi richiedere l’utilizzo di alcuno strato adesivo interposto tra di essi che ne stabilizzi il contatto, dirigendo il fascio di generazione di calore puntuale 5 lungo una direzione sostanzialmente verticale. Tale tipo di direzione è dettata dalla mera gravità per il posizionamento, ma non è obbligatoria, dato che la direzione potrebbe essere orizzontale su un semplice appoggio.
Ovviamente, il procedimento secondo la presente invenzione può comprendere la fase di regolare l’intensità di tale fascio di generazione di calore puntuale 5 in modo tale che l’intensità di tale calore generato sia massimo o almeno sufficiente a creare la microfusione puntuale dello strato di trasferimento 1 nel suo punto di incidenza su tale strato 1 stesso. In particolare, nel caso in cui tale fascio di generazione di calore puntuale 5 sia un fascio di luce laser, il procedimento secondo la presente invenzione può comprendere la fase di regolare l’intensità di tale fascio di luce laser in modo tale che il suo fuoco F corrisponda al piano di superficie tra lo strato di trasferimento 1 e lo strato di materiale trasparente 3.
A titolo meramente esemplificativo, la Richiedente ha verificato l’effettiva applicabilità del procedimento secondo la presente invenzione realizzando la marchiatura indelebile di una superficie trasparente, implemendo le fasi sopra descritte mediante le seguenti specifiche:
- fascio di generazione di calore puntuale 5 costituito da un FIBER LASER (laser Crespi LCF0201064160C4 con lente focale da 160mm F-Theta, qualità del fascio M<2>1,5, energia dell'impulso di 1 millijoule, durata dell'impulso di 100 nanosecondi, fascio impulsato non continuo, polarizzazione random con fascio non polarizzato; - strato di materiale trasparente 3 da marchiare costituito da vetro avente spessore di 3mm, chiaro, verde o grigio, qualità float automotive prima scelta oppure laminati 2,3+pvb+2,3mm chiaro, verde oppure laminati 3+pvb+3mm chiaro, verde;
- strato di trasferimento 1 costituito da alluminio anodizzato avente spessore di 1 mm, oppure anche costituito da acciaio.
Così come è possibile notare in particolare nella FIG. 2, il procedimento secondo la presente invenzione può essere implementato anche per marchiare superfici curve o prodotti in tre dimensioni, facendo in modo tale che lo strato di trasferimento 1 sul quale insiste il fascio di generazione di calore puntuale 5 ovvero lo stesso fascio 5 mantengano il fuoco previsto e lo strato di trasferimento 5 stesso risulti sempre sostanzialmente a contatto con lo strato di materiale trasparente 3.
Ovviamente, la tipologia di marchiatura in termini di tipologia di forme e/o informazioni, quali per esempio loghi, grafica, “datamatrix” con alto contenuto di informazioni, da trasferire allo strato 3 è la più varia e dipende semplicemente dal percorso di incidenza che si fa percorrere al fascio di generazione di calore puntuale 5. Di conseguenza, mediante il procedimento secondo la presente invenzione è possibile eseguire marchiature più complesse o una pluralità di differenti marchiature distanti tra di loro su diverse porzioni di superficie di uno stesso strato di materiale trasparente 3 semplicemente, o spostando tale strato 3 rispetto allo strato di trasferimento 1 e ripetendo quante volte è necessario le suddette fasi da a) ad e) oppure mantenendo fermi in sovrapposizione tali strati 1, 3 e spostando opportunamente il fascio 5. Eventuali effetti di contrasto, colore e sfumature della marchiatura possono essere ottenuti mediante la selezione di diversi materiali a comportamento metallico costituenti lo strato di trasferimento 1 e/o regolando opportunamente i parametri di emissione del fascio 5 nei singoli "dots" di microfusione.
Ovviamente, le possibilità offerte dalla marchiatura mediante il procedimento secondo la presente invenzione sono molteplici e possono travalicare la semplice apposizione di informazioni sullo strato di materiale trasparente 3. Per esempio, il procedimento secondo la presente invenzione può consentire di creare un circuito elettrico direttamente su vetro senza avere bisogno di altre tipologie di materiali e di supporti: inoltre, il circuito elettrico può essere inserito tra due lastre di vetro e risultare totalmente isolato da agenti esterni e le schede elettroniche possono essere realizzate facilmente, immediatamente e direttamente sul supporto dove viene trasferito il materiale metallico, sul quale andranno solo posizionati/incollati/saldati i componenti.
Il supporto sul quale viene trasferito il plasma potrebbe anche essere successivamente lavorato o frantumato, ecc.
Sono altresì numerose le applicazioni di svariata natura nei settori delle celle solari, della produzione di energia nel fotovoltaico, ecc., come ad esempio la realizzazione di una pila nucleare di piccole dimensioni.
Il procedimento secondo la presente invenzione consente quindi di ottenere, in generale e rispetto a quanto proposto dalla tecnica nota, i seguenti vantaggi:
- costi inferiori per materiali di consumo o impianti;
- semplicità di applicazione ripetibile in ogni contesto;
- resistenza meccanica maggiore;
- resistenza al calore a temperature elevate; - durata e inalterabilità nel tempo
- maggiore definizione e qualità dell'immagine trasferita;
- riciclabilità totale dello strato di trasferimento.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di marchiatura laser e realizzazione di connessioni elettriche / elettroniche per superfici trasparenti caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: a) fornire almeno uno strato di trasferimento (1) composto da almeno un materiale a comportamento metallico o in grado di generare plasma; b) fornire almeno uno strato di materiale trasparente (3) da marchiare o su cui realizzare le connessioni, tale materiale (3) essendo trasparente al laser o a un fascio di energia; c) sovrapporre detto strato di materiale trasparente (3) a detto strato di trasferimento (1); d) insistere con almeno un fascio di generazione di calore puntuale (5) su detto strato di trasferimento (1) attraverso detto strato di materiale trasparente (3); e) terminata la marchiatura, rimuovere lo strato di materiale trasparente (3) dallo strato di trasferimento (1), ed eventualmente sottoporre lo strato di materiale trasparente (3) a successive operazioni di pulitura e/o lucidatura, oppure finizioni di altro genere, quali l'inserimento di componenti elettronici.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di trasferimento (1) è costituito da un materiale metallico o avente comportamento metallico che, quando è colpito da detto fascio di generazione di calore puntuale (5), genera la produzione di plasma metallico.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto strato di trasferimento (1) è costituito da alluminio, alluminio anodizzato, rame, ottone, acciaio, acciaio inox, materiale sinterizzato, ceramiche o materiali di sintesi, o altri materiali in grado di generare concentrazioni di plasma.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto strato di materiale trasparente (3) è costituito da un materiale trasparente a detto fascio di generazione di calore puntuale (5).
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 4, caratterizzato dal fatto che detto strato di materiale trasparente (3) è costituito da vetro, pietre trasparenti naturali o di sintesi, materiali ceramici trasparenti, materiali plastici trasparenti, materiali semi-trasparenti, materiali opachi.
- 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto fascio di generazione di calore puntuale (5) è realizzato da una sorgente energetica che genera plasma metallico all'interfaccia tra detto strato di trasferimento (1) e detto strato di materiale trasparente (3).
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 6, caratterizzato dal fatto che detto fascio di generazione di calore puntuale (5) è costituito da un fascio di luce laser.
- 8. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto fascio di luce laser è un laser allo stato solido o un Fiber Laser o un laser ND:YAG.
- 9. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto fascio di luce laser ha lunghezza d’onda compresa tra 1055 nm e 1075 nm, potenza media compresa tra 15 Watt e 25 Watt, e una pulsazione di circa 100 nanosecondi.
- 10. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di regolare l’intensità di detto fascio di luce laser in modo detto che un suo fuoco (F) corrisponda ad un piano di superficie tra detto strato di trasferimento (1) e detto strato di materiale trasparente (3).
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Citations (5)
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2013
- 2013-02-04 IT IT000087A patent/ITTO20130087A1/it unknown
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