(Surface Treatments by Laser from 1980 to 2015 ...

Trattamenti Superficiali a Laser dal 1980 al 2015 : a Fascio Defocalizzato , Oscillato, Integrato, Trasformato – una breve panoramica (Surface Treatments by Laser from 1980 to 2015: Beam Defocused, Oscillated ( Rastered ), Integrated, Transformed A brief overview **************** by G. Daurelio **************************** Introduzione Negli anni appena trascorsi e nei mesi più recenti, nel tenere Corsi di Aggiornamento Professionale Post- Laurea e Post-Diploma, come anche durante delle amichevoli discussioni tecnico-scientifiche con Giovani Ricercatori Laseristi, in merito a come eseguire Trattamenti di LSHT ( Laser Surface Heat Treating ) , di LST ( Laser Surface Treatments ) , o, più in generale di LSP ( Laser Surface Processing ), più volte ho sentito parlare di voler trattare con Fasci Laser defocalizzati ( a profilo Gaussiano TEM 00 ), Ottiche Rifrattive ( o Diffrattive ) , di Laser Shaping , Laser Shaper , Fasci Laser a struttura e profilo modale del tipo Tophat or Top-hat , di fasci a profilo Supergaussiano o , addirittura di poter utilizzare specchi oscillanti ( Galvo mirrors ) ad alta frequenza ( come quelli che si usano per Marcatura a Scansione, Texturing, micro-Texturing,etc., con Nd:YAG al μs o al ns in QSwitch mode – con potenze in gioco di solo qualche decina di W ) . Ho così notato che vi era, in giro, una profonda ed ampia disinformazione in merito. Ad esempio, nel periodo 1995 -2000 , presso il Centro Laser di Valenzano ( Bari ) – Italia , vi era un Gruppo di Ricercatori ( Fisici et Ingegneri Elettronici ), che progettavano e realizzavano, Ottiche Diffrattive, nella cosiddetta CAMERA PULITA – Classe 100 ( cioè con al suo interno un max di 100 ppm – parti per milione – di polvere/ pulviscolo – per m3 di aria presente all’interno. Detti elementi Ottici, molto belli e ben funzionanti, venivano impiegati nel campo della micro StereoLitografia a Laser per la realizzazione e produzione di linee guida d’onda o di luce laser ( di larghezza dell’ordine di pochi μm o nm ) su substrati di Vetro particolare , Quarzo et altri substrati semiconduttori ( con uno degli obiettivi che era la ricerca e realizzazione di Super Computer ottici, super veloci senza fili, senza interconnessioni elettriche ed elettroni in movimento ). Un altro tema di interesse scientifico era la creazione e produzione di OTTICA INTEGRATA ( micro -componenti ottici su una stessa base ), come già avveniva per i Chip e 1

micro-chip elettronici. Potevano però gestire pochi W, avevano necessità di essere raffreddati e non potevano essere impiegati in ambienti umidi e/o polverosi ( come in una classica Azienda industriale ) . Infine avevano un bassissima Soglia di Danneggiamento Termico – Thresold of Thermal Damage, nonché Costi molto elevati, rispetto ad altre tecnologie. OK sono trascorsi oltre 15 anni e la Ricerca e Tecnologia può aver fatto “passi da gigante” ma , non so, per mia ignoranza in materia : 

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Le ottiche diffrattive ( o rifrattive ) , prodotte oggi, possono sopportare Potenze laser in C.W. di 2 – 3 – 4 KW , necessarie per Trattamenti di LSHT ( Laser Surface Heat Treating ), di LST ( Laser Surface Treatments ), o più in generale di LSP ( Laser Surface Processing ) ??? Se SI’, il loro costo è comparabile, ad esempio, ad una Lente integratrice in ZnSe o Specchio integratore in Cu ?? E’ o sarebbe giustificato un loro impiego, in campo industriale – settore meccanico e/o metalmeccanico ???

Tutto quanto sopra mi ha spinto a scrivere questo lavoro, che vuole essere una “breve panoramica”, non certo con la pretesa di essere esaustiva, elencando le diverse tecniche e tecnologie che si sono avvicendate ( e sperimentate dallo scrivente ) nel periodo 1980 – 2015, ai giorni nostri. Per ogni tecnica si sono riportati i pregi et difetti. Si è voluto così porre alla attenzione dei Giovani Colleghi Ricercatori Laseristi e/ o Utilizzatori finali di detta Tecnologia a Laser ( End – Users ), un po’ tutte le diverse e possibili soluzioni da prendere in considerazione, prima di fare acquisti di Sorgenti et Ottiche, per il /i Processo/i da porre in atto. Volutamente, non sono state discusse e prese in considerazione le diverse tecniche di conformazione e strutturazione fasci laser, di provenienza da Array ( stack ) di Diodi laser da inviare in fibra ottica e/o in fibra attiva ( es. Ytterbium fibre ). Alla fine sono riportate una sequenza di REFERENCES, in merito a quanto in discussione, per chi volesse approfondire ulteriormente detta tematica. Chiedo scusa a Tutti Coloro che, eventualmente, leggeranno questo lavoro, per l’aver riportato ( nelle REF ) moltissimi miei ( et al ) lavori scientifici sul tema. Ciò, certamente, non vuole essere né restrittivo, né esaustivo, né apparire……………guardate COME SONO BRAVO !!! Non è da me e non vuole essere tale!!! Ci sono tantissimi Colleghi in Europa e nel Mondo che hanno lavorato, sperimentato e pubblicato lavori scientifici eccelsi, su tale tema ma, che non ho voluto riportare, per non essere più prolisso di quanto già lo sono stato . Sorry and my sincere apologies a tutti !!! ************************

Indroduction In the years just passed and in more recent months, I have taught Training Courses Professional Post-Graduate and Post-Diploma as well as during the friendly discussions with technical and scientific Young Researchers ( Operating with Laser Systems ), about how to perform treatments LSHT (Laser Surface Heat treating), of LST (Laser Surface Treatments), or, more generally, LSP (Laser Surface Processing), I have often heard of wanting treat with laser beams defocused (a Gaussian profile TEM00), refractive optics (or diffractive), Laser 2

Shaping system , Laser Shaper, Laser beams to the structure and profile like to the Tophat ( or Top-hat ) beam profile, Supergaussian Beam or even to use oscillating mirrors (Galvo mirrors) at high frequency (like those used for marking, texturing, micro-texturing, etc., with a Nd: YAG, to μs or ns, in Q-Switch mode - with power levels of only a few tens of W). So I have noticed that there was, in ride, a deep and extensive disinformation about. For example, in the period 1995 -2000, at the Laser Center of Valenzano (Bari) - Italy, there was a group of Researchers (Physicists et Electronic Engineers), who studied, planned and realized, diffractive optics, in the so called CLEAN ROOM - Class 100 (that is, with inside a max of 100 ppm - parts per million - of powder / dust - per m3 of air inside. These Optical Elements, very beautiful and well-functioning, were employed in the field of micro-Stereo Lithography by Laser, for the construction and production guidelines or waveguide of laser light (of a width of a few μm or nm ) on substrates of specific glass, quartz and other semiconductor substrates (with one of the goals was the search and realization of Super Computer optical, super-fast wireless, without electricity interconnections and electrons moving). Another topic of scientific interest was the creation and production of OPTICAL INTEGRATED (micro optical -components on the same basis), as was already the case for the chip and microelectronic chips. These diffractive optical components could manage a few W, they need to be cooled and could not be used in damp and / or dusty (as in a classical Industrial Company). Finally they had a very low thermal damage threshold and costs very high, compared to other technologies. OK, after more than 15 years, surely the Research and Technology may have made "giant strides" but I do not know, for my ignorance on the subject: • The diffractive optics (or refractive), produced today, can endure laser powers at CW than 2 - 3 - 4 KW, necessary for treatments LSHT (Laser Surface Heat Treating), of LST (Laser Surface Treatments), or, more in general of LSP (Laser Surface Processing) ??? • If YES ', their cost is comparable, for example, to a lens integrating in ZnSe or integrating mirror in Cu ?? • Is or would be justified their use, in industry - the mechanical and / or metalworking industries as well as SMEs ??? All of the above led me to write this work, that wants to be a "short overview", certainly not with the claim to be exhaustive, listing the various techniques and technologies which have alternated (and tested by the writer) in the period from 1980 to 2015, to the present day. For each technique are the merits et defects. The aim was to bring to attention of the Young Researchers Colleagues ( that research by laser ) and / or of End-Users of such technology, a bit 'all the different possible solutions to consider before making purchases for Sources et Optics, for the process to be put in place. Deliberately, they have not been discussed and taken into account the different techniques of conformation and structuring laser beams, sourced from Array (stack) of laser diodes to be sent in optical fiber and / or in the active fiber (eg. Ytterbium fiber). At the end of the work they are given a sequence of REFERENCES, about the question, for those who want to deepen that theme. I apologize to all those who, eventually, will read this work, for having brought (in REF) my many (et al) scientific papers on the topic. This, certainly, does not want to be neither restrictive nor exhaustive, nor appear ............... watch AS I am BRAVO !!! It's not by myself and does not want to be such a prig !!! 3

There are many Colleagues at Europe and around the World who have been working, experienced and published Scientific Papers excelled, but on this issue, I did not want to bring back, not to be more prolix than they already I have been. Sorry and my sincere apologies to all !!!

Strutture Modali e Caratterizzazione di un Fascio Laser Modal Structures and Charaterization of a Laser Beam

The main Modal Structures of a Laser Beam

The Best and preferred Modal Structure is TEM 00 or close to ( near to or quasi Gaussian ) TEM 00

by LIDARIS LTD. @ Vilnius University, Laser Research Center, Vilnius, Lithuania

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Si riportano , di seguito, alcune Strutture Modali a riguardo di un Fascio Laser a CO 2 , rilevate e rivelate, tramite dei blocchetti ( a cubo o parallelepipedo ) di Plexiglas ( Polimetilmetacrilato – PMMC ), con superfici “ a specchio “. Dette strutture possono essere rilevate con 3 possibili opzioni : 1 – all’uscita della cavità risonante 2 – prima che il fascio arrivi sulla lente o specchio ( di focalizzazione ) 3 – con la presenza dello specchio o lente ( di cui al punto 2 ). In questo ultimo caso, è necessario predisporre una distanza dalla lente o specchio, in modo che il fascio arrivi sul PMMC o legno, in modo molto defocalizzato ( defocalizzazione positiva………….cioè al di sotto del punto focale della lente o specchio). NON USARE LA DEFOCALIZZAZIONE NEGATIVA ( vicina alla lente o specchio , cioè al di sopra del piano e fuoco della lente ), perché rischi molto di rovinare il componente ottico per risalita su di esso di possibili vapori di PMMC o di legno combusto. Anche per le opzioni 1 e 2, assicurarsi di essere lontani abbastanza, in modo da scongiurare eventuali risalite di fumi o vapori su componenti ottici , di rinvio o di uscita cavità laser. Gas di protezione impiegato : Aria Compressa o Azoto industriale ( non puro ). NON USARE assolutamente OSSIGENO, che, non sempre, ma in molti casi, potrebbe incrementare moltissimo la combustione del PMMC, sviluppando FIAMMATE, nel punto di impatto Laser-Materia. Se ciò si dovesse verificare.....………NON SCAPPATE e non FATEVI PRENDERE DAL PANICO. Nessun grosso pericolo………….basta chiudere la valvola dell’Ossigeno e/o gettare uno straccio sul punto di fiamma o ( se è e deve essere , a portata di mano ) un getto di SCHIUMA di un piccolo estintore a SCHIUMA, a CO2, da Kg. 1, di solito, vicinissimo al Sistema Laser. Ciò è possibile in quanto il PMMC NON E’ TRASPARENTE a λ 10.6 μm, quindi Assorbe molto, fonde ed evapora, assecondando i diversi Modi del Fascio laser ( diverse Intensità e Densità di Potenza ), lasciando delle impronte “ vuote” che rispecchiano, “ in negativo “ (come un negativo fotografico), il modo ( o i modi ) effettivo del fascio laser incidente. Ciò è esemplificativo e a bassissimo costo ma, per maggiore precisione geometrica e per ottenere dei dati numerici significativi, sui può usare un Analizzatore di Fascio, tipo LASERSCOPE Prometec UFF 100, come è riportato nel seguito di questo lavoro. Purtroppo, negli anni 1980 – 1990, non esisteva il LASERSCOPE e quindi ci si accontentava, con una certa approssimazione, di quanto visualizzava il PMMC o il Legno . Questa Tecnica NON PUO’ essere usata per LASER a Nd-YAG o in Fibra o in Fibra attiva , poiché il PMMC è QUASI TRASPARENTE alla λ 1.060 – 1.080 μm ( solo qualche % di Assorbimento ), quindi non può produrre quanto sopra detto. ATTENZIONE - PERICOLO : NON PROVARE MAI ad OTTENERE le IMPRONTE , di cui sotto riportate, in ARIA AMBIENTE, SENZA ADEGUATA E ACCURATA ASPIRAZIONE FUMI E VAPORI, derivati dalla fusione e ed evaporazione del PMMC, con laser.

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Il PMMC, è un Polimero che riscaldato, peggio ancora se fuso o surriscaldato o in regime di libera vaporizzazione, “ ROMPE” la catena polimerica……………producendo il MOMOMERO di partenza ( da cui fu prodotto ). Esso è, al MINIMO, ………………..TOSSICO e/o MOLTO DI PIU’ per le vie aeree umane . USARE sempre in Gabbiotto CHIUSO e con adeguata ASPIRAZIONE + filtri di Abbattimento + filtro a carbonio attivo. LA SALUTE è TUA , PROTEGGILA !!!!!!!!!! USA LA TESTA, non solo le MANI !!!!!!!!!! Prima di usare le MANI…………..controlla che il CERVELLO sia già collegato – si dice dalle nostre parti nel Sud Italia. In ALTERNATIVA : Se vuoi evitare l’uso ed i possibili inconvenienti ( rischi ), derivanti da PMMC, puoi sostituire detto materiale con del comunissimo LEGNO. Puoi usare delle liste di legno di Pioppo ( quelle dei comuni bancali in legno ( chiamati anche pallet ). Scegliere le liste piane, non ruvide, SENZA NODI ( hanno una più alta densità ), di spessore 1-2-3 cm oppure dei pezzi rettangolari di legno MULTISTRATO (+ strati, incollati, di legno di pioppo, compensato). Con l’uso di tali materiali, provando a potenze Laser, man mano crescenti, si può facilmente identificare la struttura modale “ in piano” del fascio laser in caratterizzazione. NON E’ possibile ( in quanto materiale NON TRASPARENTE ) visualizzare il profilo ( traccia ) del fascio in 3D. Ma ciò non è un problema : Scelto il valore di Potenza che si vuole caratterizzare, puoi far persistere il fascio laser per alcuni secondi ( devi incrementarli al decrementarsi della Potenza ) sul punto di impatto Laser – Materia, sempre sotto gas di protezione Azoto, non puro. Poi tagliare, semplicemente con un archetto a lama ( non quello da traforo ) o con un classico Seghetto a lama ( per taglio metalli ed acciai ), lungo il diametro ( in mezzeria ) della Impronta lasciata sul legno. Tagliare fino in fondo, con un taglio perpendicolare alla superficie. Visualizzando l’ interno ( le facce ) delle 2 metà, si può vedere la struttura modale del fascio come se fosse in 3D . Questa Tecnica e Materiale POSSONO essere usati ANCHE per LASER a Nd-YAG o in Fibra o in Fibra attiva, poiché il LEGNO non è TRASPARENTE alla λ 1.060 – 1.080 μm. ATTENZIONE - PERICOLO: NON PROVARE MAI ad OTTENERE le IMPRONTE, di cui sotto riportate, in ARIA AMBIENTE, SENZA ADEGUATA E ACCURATA ASPIRAZIONE FUMI, derivati dalla combustione del LEGNO, con laser; specie se è del tipo MULTISTRATO ( incollato con colle di origine sintetica ). Si rischia MOLTO MENO, rispetto al PMMC, ma non sottovalutare la possibile ( bassissima % ) emissione di Gas FOSGENE. Meglio l’impiego di LEGNO di PIOPPO tal quale ( pallet ), non MULTISTRATO. USARE sempre in Gabbiotto CHIUSO e con adeguata ASPIRAZIONE + filtri di Abbattimento + filtro a carbonio attivo .

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LA SALUTE è TUA , PROTEGGILA !!!!!!!!!! USA LA TESTA, non solo le MANI !!!!!!!!!! Prima di usare le MANI…………..controlla che il CERVELLO sia già collegato – si dice dalle nostre parti nel Sud Italia.

Infine è da sottolineare che, sia con PMMC che con il LEGNO, è possibile ( in mancanza del LASERSCOPE PROMETEC UFF 100 ) : a ) trovare e/o verificare la distanza relativa del fuoco ottico ( distanza focale ) dalla mezzeria ( metà spessore ) della lente ( o specchio ) di focalizzazione al punto di impatto LaserMateria ( verifica della focale della lente ). Precisione + - 1 mm. Trovare e misurare sotto stereo microscopio la impronta ( buco ) più piccola in assoluto. b ) trovare e/o verificare la profondità di fuoco ottico ( focus depth ) della lente ( o specchio ) di focalizzazione al punto di impatto Laser-Materia . Precisione + - 1 mm. Trovare e misurare sotto stereo microscopio la impronta ( buco ) più piccola in assoluto , che viene mantenuta costante in un certo range di altezze rispetto alla lente o specchio. Se poi, si è più pazienti e più precisi, con una certa tecnica ( messa a punto dallo stesso Autore ), si può anche visualizzare, su PMMC o su Legno, l’intera lunghezza “ reale” della Profondità di Fuoco ottico. Tenere in mente che sia le dimensioni dello Spot focale ( NON LA DISTANZA FOCALE fuoco della lente ) che la profondità fuoco sono f (P); quindi variano a seconda della Potenza Laser impostata. Tutto quanto sopra riportato, fu pensato, ideato, sperimentato ed impiegato, con successo, per oltre un decennio 1980 – 1995 ( e , in alcuni casi, ancora ai giorni nostri - 2015 ) dall’ Autore ( G. Daurelio ) del presente lavoro. Dette Tecniche furono e sono, ancora oggi usate, in alcuni Laboratori di Ricerca ed in moltissime PMI, per la loro semplicità ed economicità. Inoltre, a detta di molti utilizzatori di queste tecniche nelle PMI, pare che risultino a loro di più facile ed immediato uso per le necessità di controllo giornaliero e/o di Manutenzione preventiva o ordinaria e/o il corretto ed ottimale ri-allineamento della cavità risonante laser e/o per la impostazione di nuovi cicli di processo. ************************************* Are reported, below, some Modal structures about a CO2 laser beam, detected and revealed, through blocks (a cube or rectangular one ) of Plexiglas (polymethylmethacrylate - PMMC), with surfaces to "mirror". These structures can be detected with three possible options: 1 – at the output of the resonant cavity 2 – before that the beam arrives on the lens or mirror (focusing) 3 – with the presence of the mirror or lens (in point 2). In this last case, it is necessary to provide a distance from the lens or mirror, so that the beam arrives on the PMMC or wood, in a much defocused (defocusing positive ............ .That is below the focal point of the lens or mirror). DO NOT USE defocusing NEGATIVE 7

(close to the lens or mirror, that is, above the plane and focus of the lens), because very risks of ruining the optical component for lifts on it of possible vapors or PMMC of burnt wood. Even for options 1 and 2, be sure to be far enough, so as to prevent any rising fumes or vapors on optical components, returning or output laser cavity. Shielding gas used: Compressed Air or Nitrogen industrial (not pure). DO NOT USE OXYGEN absolutely, that, not always, but in many cases, could dramatically increase the combustion of the PMMC, developing FLAME, at the impact point Laser-Matter. If this happens .............. NOT RUN LIKE HELL and PANIC. No big danger. It suffices close the valve of the oxygen and / or throw a rag on the point of flame or (if it is and should be, to hand) a jet of a small fire extinguisher FOAM, to CO2 Foam extinguisher, from Kg. 1, usually, very close to the laser system. This is possible because the PMMC is NOT 'TRANSPARENT at λ to 10.6 μm, then absorbs very, melts and evaporates, favoring various modes of laser beam (different intensity and power density), leaving impressions "empty", reflecting, "negative "(like a photographic negative), the mode (or modes) of the actual incident laser beam. This exemplifies and it is at very low cost but, for greater geometric precision and to get significant numerical data, can be used on a beam analyzer, type LASERSCOPE Prometec UFF 100, as is shown later in this paper. Unfortunately, in the years 1980 - 1995, there was no LASERSCOPE and so we made do with a certain approximation, as visualized by the PMMC and wood. This technique CAN NOT 'be used for LASER Nd-YAG or fiber or fiber active, because the PMMC is ALMOST TRANSPARENT to λ 1060-1080 μm (only a few% of absorption) so it cannot produce the above. WARNING - DANGER: NEVER ATTEMPT TO GET to the IMPRESSIONS, of which below, at AIR ENVIRONMENT, WITHOUT PROPER AND ACCURATE EXTRACTION AND EXHAUST FUMES, derived from melting and evaporation and of the PMMC, by laser. The PMMC, a polymer that is heated, melted or even worse if overheated or under the freedom to vaporization, "BREAKS" the polymer chain ............... producing starting single monomer (from which it was produced). It is to a minimum .................. .. toxic one and / or MUCH MORE 'for the human airways. USE always booth CLOSED and with some adequate filters for EXTRACTION + Reduction of smoke filters + active carbon filter. YOUR HEALTH is, guard it !!!!!!!!!! Use your head, not only HANDS !!!!!!!!!! Before using HANDS ............ ..verify that the BRAIN is already connected - we say in our parts in South Italy. In ALTERNATIVE: If you want to avoid the use and possible disadvantages (risks) arising from PMMC, you can replace that material with of the very common WOOD. You can use the lists of Poplar wood (those of conventional wooden pallets). Choose the flat lists, not rough, WITHOUT NODES (have a higher density), thickness 1-2-3 cm or pieces rectangular wooden PLYWOOD (many 8

layers, glued, from poplar plywood). With the use of such materials, trying to different laser powers, gradually rising, you can easily identify the modal structure "on a level surface" of the laser beam characterizing. it is not possible (because the material is not TRANSPARENT) display the profile (trace) of the beam in 3D. But this is not a problem: Chosen the value of power that you want to characterize, you can to persist by the laser beam for a few seconds (you have to increase them to the decrement of power) on the point of impact Laser - Matter, always under nitrogen gas protection, not pure. Then cut, simply with a bow blade (not the one for the fretwork) or with a classic hacksaw blade (for cutting metals and steels), along the diameter (at the centerline) of the Impression left on the wood. Cut all the way, with a cut perpendicular to the surface. Viewing the two halves ( internal faces ), you can see the modal structure of the beam as if it were in 3D. This technique and material can also be used for laser Nd-YAG or Fiber Laser or active Fiber Laser because the WOOD is not TRANSPARENT at λ from 1060 to 1080 microns. WARNING - DANGER: NEVER ATTEMPT TO OBTAIN to the IMPRESSIONS, of which below, in AIR ENVIRONMENT, WITHOUT PROPER AND ACCURATE FUMES EXTRACTION, derived from the combustion of wood, with laser; especially if it is the type PLYWOOD (glued with glues of synthetic origin). It risks MUCH LESS than the PMMC, but do not underestimate the possible (very low%) emission of Gas PHOSGENE. Better to use WOOD POPLAR such (pallet), not PLYWOOD. USE always booth CLOSED and with adequate EXTRACTION filters + Reduction of smoke filters + active carbon filter. YOUR HEALTH is, guard it !!!!!!!!!! Use your head, not only HANDS !!!!!!!!!! Before using HANDS ............ ..verify that the BRAIN is already connected - we say in our parts in South Italy.

Finally it should be emphasized that, both with a PMMC as with a wood, it is possible (in the absence of the LASERSCOPE PROMETEC UFF 100) : a) find and / or verify the relative distance of the optical focus (focal distance) from the center line (middle thickness) of the lens (or mirror) to the focus point of impact LaserMatter (check focal lens). Accuracy + - 1 mm. Find and measure the imprint (hole), smaller in absolute, under stereo microscope. b) find and / or check the depth of optical focus (focus depth) of the lens (or mirror) on the focus point of impact Laser-Matter. Accuracy + - 1 mm. Find and measure the imprint (hole), smaller in absolute terms ( under stereo microscope ) that is kept constant in a range of heights ( distances ) relative from the lens or mirror to impact point ( Laser-Matter ) distance. If then, you are more patient and more accurate, with a certain technique (developed by the same author), you can also see, on PMMC or wood, the entire length of the "real" optical focus depth . Keep in mind that both the size of the focal spot (NOT THE FOCAL LENGTH - lens focus) that the depth of focus are f (P); then they vary depending on the Power Laser set up.

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All the above, it was thought, designed, tested and used successfully for over a decade 1980 - 1995 (and, in some cases, even to this day - 2015) from 'Author (G. Daurelio) of this work. These techniques were and are still used in some research laboratories and in many SMEs, because of their simplicity and low cost. Furthermore, according to many users of these techniques in SMEs, it seems that they are more easy and immediate use for the needs of daily control and / or preventive maintenance or routine and /or for a correct and optimized re-alignment of the laser resonant cavity and / or for the setting of new process cycles.

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By courtesy of G. Daurelio et al – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy

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By courtesy of G. Daurelio et al – Dip. DMMM – Lab. UR1 – Bari - Italy


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THERMAL IMAGE PLATES Se si vuole solo verificare la struttura modale ( TEM 00 o TEM 01 o altro ) e/o la sua corretta geometria circolare in piano ( non di altro tipo )

di un fascio laser, prima di una sua

applicazione, oltre all’impiego del PMMC o del legno, è possibile impiegare delle THERMAL IMAGE PLATE ( come di seguito riportate ), raffreddate a T ambiente o a circolazione forzata di acqua. Queste sono a forma di parallelepipedo, fatte di un substrato di Al, sulle cui facce sono riportati ed incollati dei Solfuri ( ZnS ), drogati con Cu ( in diversa % ), emettendo nel VERDE

o GIALLO-ARANCIO oppure drogati con Mn, emettendo nell’ARANCIO.

Avvengono così dei fenomeni di FOTOLUMINESCENZA. A luce ambiente- Bianca – appaiono di colore BIANCO SPORCO o di un verde molto pallido, poi se su di essi si fa

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giungere un fascio laser ( assolutamente DEFOCALIZZATO ) si ottiene una “macchia GRIGIASTRA” ( tendente al nero ) che rappresenta la geometria e la struttura modale del fascio stesso. Ciò lo si può fare anche a differenti Potenze Laser, verificando come cambiano sia la struttura modale che la geometria. Un risultato migliore, dal punto di vista visivo ( contrasto e brillantezza ), lo si può ottenere, impiegando anche una Lampada a raggi UV ( es. quella di WOOD ), che emette luce a 3600Å (360nm o 0,3µm). Detta luce UV, incidendo sui Solfuri di Zn, va a produrre un salto quantico, luminescendo fortemente nel VERDE o GIALLO-ARANCIO o nell’ARANCIO; cosicché quando, CONTEMPORANEAMENTE, arriva su di essi ( solfuri ) anche la luce Laser ( NIR o FIR ), l’effetto di vedere la Geometria e Struttura modale del fascio, sarà molto più esaltata nel colore o, addirittura, compare una “macchia nera” che rappresenta ciò che si vuole accertare o verificare . In gergo, si dice che l’IR ha spento l’UV. Se si desidera approfondire la tematica di cui sopra, il Lettore può andare , sempre sul sito G. Daurelio ResearchGate e scaricare la o le ADD RESOURCES di questo Paper ed anche la REF. 64 (published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/2.1.2960.7201 ) . THERMAL IMAGE PLATES If you just want to check the modal structure (TEM

00

or TEM

01

or more) and / or its correct

geometry circular in plan (not otherwise) of a laser beam, before its application, in addition to the use of PMMC or wood, it is possible to employ a THERMAL IMAGE PLATE (as shown below), cooled at T ambient or forced circulation of water. These are in the shape of a parallelepiped, made of a substrate of Al, on whose faces are reported and glued Sulphides (ZnS), doped with Cu (in different %), emitting in the GREEN or YELLOW-ORANGE color or doped with Mn, emitting in ORANGE color. They occur as the phenomena of photoluminescence. At light environment-White - these phosphors appear bright like DIRTY WHITE or pale green, then upon them if you do reach a laser beam (absolutely defocused) you get a "gray spot" (tending to black) representing the geometry and the modal structure of the beam. This you can do at different laser powers, checking how they change is the modal structure and geometry. A better result, in terms of vision (contrast and brightness), you can get it, also using a UV lamp (eg. that of WOOD), which emits light at 3600A (360nm or 0.3 micron). Such UV light coming on Zn sulphides, goes to produce a quantum jump, luminescencing strongly in GREEN or YELLOW-ORANGE color or into Orange color ; so that when, AT THE SAME TIME, arrive upon them (sulphides) also Laser light (NIR or FIR), the effect of seeing the geometry and modal structure of the beam will be much enhanced in

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color or even appears a "black spot "that is what you want to verify or check. In the jargon, it is said that the IR has turned off the UV light. If you want to deepen the theme above, the Reader can go, always on site G. Daurelio ResearchGate and download the ADD RESOURCES of this Paper and also the REF. 64 (published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140 / 2.1.2960.7201).

By courtesy of G. Daurelio – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy Produced by OPT ENG ( Optical Engineering ) – Santa Rosa – CA – USA // MACKEN Instruments – Santa Rosa – CA – USA

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By courtesy of G. Daurelio – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy Produced by OPT ENG ( Optical Engineering ) – Santa Rosa – CA – USA // MACKEN Instruments – Santa Rosa – CA – USA

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By courtesy of G. Daurelio – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy


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By courtesy of G. Daurelio – Dip. Di Fisica – Bari –Italy – March 1972 REF. 64 (published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/2.1.2960.7201 ) .

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MISURATORI di POTENZA ed ENERGIA Vi è un altro parametro di una certa importanza, al fine di tutti i processi a laser, quindi anche per quelli di Trattamenti Superficiali, cioè la Potenza Laser, associata al fascio da usare. Ciò determina anche la Densità di Potenza ( W/cm 2 ) in C.W. o la Densità di Energia ( J / cm2 ) in Impulsato. Per misurare detto parametro si possono impiegare:  Calorimetri ( che utilizzano l’Effetto Seebeck – Thermopile Disc Absorber )  Black Body (che sfruttano la variazione di volume di un liquido - in circuito chiuso e sigillato ). Sono dei cubi o parallelepipedi in Al , con le facce in Al anodizzato nero . Da una di esse fuoriesce un tubicino in AISI 304 , forato all’interno, collegato ad un misuratore ( tipo orologio da taschino ) che indicherà la Potenza in misura . Tempo di permanenza del Fascio sulla superfice nera ≈ 10s .  W-metri – Power Meters ( che utilizzano l’Effetto Seebeck , per la testa sensoria – Thermopile Disc Absorber ) // per piccolissime Potenze e/o Energie si utilizzano Fotodiodi.  J-metri – Energy Meters ( che utilizzano l’Effetto Seebeck per la testa sensoria – Thermopile Disc Absorber) // per piccolissime Potenze e/o Energie si utilizzano Fotodiodi. Naturalmente TUTTI devono essere impiegati , ASSOLUTAMENTE a FASCIO LASER DEFOCALIZZATO ( che riempia al massimo possibile la superfice sensibile – nera – della testa misuratrice ) . Possono essere: 

a raffreddamento in Aria Ambiente, per potenze ed Energie basse ( fino a 50 – 100W max )

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a raffreddamento forzato con acqua , per potenze ed Energie alte ( dai 100W ai 5 Kw max )

Se si desidera approfondire la tematica di cui sopra, il Lettore può andare , sempre sul sito G. Daurelio ResearchGate e scaricare la o le ADD RESOURCES di questo Paper. METERS of POWER and ENERGY There is another parameter of some importance, in order to all processes to the laser, thus also for those of Surface Treatments, namely the Laser Power, associated with the beam to use. This also determines the power density (W / cm 2) in C.W. or the Energy Density (J / cm2) in Pulsed mode . To measure this parameter can be used : 21

 Calorimeters (using the Seebeck effect - Thermopile Absorber Disc)  Black Body (which exploit the change in volume of a liquid - in a closed and sealed circuit). Are cubes or rectangular in Al, with faces in Al black anodized. From one of them comes out a small tube in AISI 304, perforated inside, connected to a measurer (type pocket watch) which will indicate the power measurement. Dwell time of the laser beam on the black surface ≈ 10s.  W-meters - Power Meters (using the Seebeck effect, the head sensory - Thermopile Absorber Disc) // for small powers and / or energies are used photodiodes.  J-meters - Energy Meters (using the Seebeck effect for the head sensory Thermopile Absorber Disc) // for small powers and / or energies are used photodiodes. Of course ALL they should be utilized , ABSOLUTELY, as a Defocused BEAM (that fills the maximum possible the black sensitive surface - the measuring head). They can be: • cooled in Air Environment, for low powers and energies (up to 50 - 100W max) • in forced cooling with water, for high powers and energies (from 100W to 5 kW max). If you want to deepen the theme above, the Reader can go, always on site G. Daurelio ResearchGate and download the ADD RESOURCES of this Paper).

Sei differenti Tecniche per i Processi LSHT, LST e LSP , a Laser Six Different Techniques for LSHT, LST,and LSP by Lasers

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by II –VI (II-VI INFRARED 375 Saxonburg Blvd Saxonburg, PA 16056 United States )

Perdite , per assorbimento, su una lente integratrice in ZnSe ≤ 0,3 % (Losses, by absorption, of a lens integrator in ZnSe ≤ 0.3% ) By courtesy of G. Daurelio et al – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy

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Al posto di una Lente integratrice, segmentata ( Segmented or Faceted ) in ZnSe , può essere usato uno Specchio ( ramo di Parabola ) , in rame duro, lucido, lavorato a specchio ( diamond turning ), segmentato ( segmented or faceted ). Ciò, rispetto alla Lente in ZnSe, porta i seguenti vantaggi: 1 – non essendo di materiale Semiconduttore ( come lo ZnSe ), non è soggetto a Hot points, per Back Reflection che, in moltissimi casi porta alla distruzione localizzata di una parte della lente e conseguente vaporizzazione localizzata e parziale del materiale ZnSe. Questo evento conduce a contaminare il percorso ottico fino alla Finestra di uscita della Cavità Laser risonante ( Risonatore ); quindi è necessario smontare lo specchio di rinvio fascio e cavità di rinvio, per la pulizia di tutto, prima di rimontare una nuova lente in ZnSe ( molto costosa ). Non è poi da sottovalutare l’aspetto ANTI-INFORTUNISTICO del problema ( Sicurezza ). Infatti allorché accade la vaporizzazione dello ZnSe, l’Operatore al Laser avverte una puzza molto consistente ………….come da uova marce; ciò non è molto salutare per le vie respiratorie umane ( diciamo che minimo E’ TOSSICO ) . 2 – Costa di meno di una Lente in ZnSe ( a meno di richieste particolari da parte dell’acquirente). Inoltre, in caso di Back Reflection, non subisce Danneggiamenti di rilievo e………….anche se ciò si verificasse ( parzialmente in qualche punto della superficie) per eventuali deposito di polvere o schizzi di materiale fuso, si può tentare di ripulire lo Specchio con Etanolo ( alcol denaturato comune ) o, meglio con Alcol Etilico Assoluto ( va bene quello più economico, venduto per fare i liquori in casa, al 95% ) o per una più energica pulizia, prima si usa Acetone e poi Alcol Etilico. In ogni caso, anche in presenza di un piccolo danneggiamento superficiale…………..lo Specchio integratore può continuare ad essere usato tranquillamente, poiché non produrrà alcun effetto di rilievo sul Trattamento Termico, a Laser, che si vuole produrre. Ciò non è assolutamente possibile con la Lente in ZnSe, danneggiata, persino se solo in un punto di essa , poiché, essa per Breakdown Termico, sarebbe distrutta. *************** Instead of a lens integrator, segmented (Segmented or Faceted) in ZnSe, can be used a mirror (branch of Parabola), copper hard, shiny, worked to mirror (diamond turning), segmented (or faceted). This, with respect to the lens in ZnSe, offers the following advantages: 1 - not being of a semiconductor material (such as ZnSe), it is not subject to Hot points, for Back Reflection that, in many cases leads to localized destruction of a part of the lens and consequent localized and partial vaporization of the material ZnSe. This event leads to contamination of the optical path to the output window of the laser resonant cavity (resonator), so you need to remove the deflection mirror and deflection cavity, to clean everything before refitting a new ZnSe lens (very expensive). Not to be underestimated is the aspect of the problem ANTI-ACCIDENT (Security). It happens when the vaporization of ZnSe, the Operator Laser feel a smell very consistent ............ .as from rotten eggs; this is not very healthy for the human respiratory tract (say that minimum is TOXIC).

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2 - It costs less than a lens ZnSe (unless special requests by the purchaser). Moreover, in case of Back Reflection, undergo Damages and relief ............ .even if this occurs (partially in some points of the surface) for any dust deposits and splashes of molten material, you can groped to clean the Mirror with ethanol (denatured alcohol common) or better with Absolute Ethyl Alcohol (maybe the cheapest one, sold for making liqueurs at home, 95%) or for a more vigorous cleaning, before using acetone and then Ethyl Alcohol. In any case, even in the presence of a small surface damage ............ ..the mirror integrator can continue to be used safely, because it will not produce any significant effect on Heat Treatment, by Laser, to be produced. This is just not possible with the lens ZnSe, damaged, even if only at a point of it, because it for Thermal Breakdown, would be destroyed.

By courtesy of KUGLER – Salem ( D )

Integrator mirror Laser intensity homogenization with the proven Kugler patent: Focusing mirror KIS for producing a defined focused spot, e.g. for hardening Integrator mirrors change the normally rotationally symmetrical or elliptical beam profile of a laser in order to produce a sharp limitation of the beam intensity on the work-piece in one or two directions in space. A good homogenization of the intensity is striven for in the intermediate area. While twodimensional integrators normally show a lot of single facets and are only used for longer focal

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lengths (starting with 750 mm), the one-dimensional integrators KIS manufactured according to a proven Kugler patent have short focal lengths. Like parabolic mirrors, the integrator mirrors "KIS" can be manufactured economically on a diamond lathe. Focal lengths from 200 to 300 millimeter are usual. For all facetted integrators it has to be considered that especially for the long-wave CO2 laser light fine interference structures may occur in the focus, so that often a good thermal conductivity of the workpiece material is necessary. This problem does not arise for Nd:YAG lasers. Two-dimensional facetted integrator mirror (upon request) Comparison of the beam profile for one- and two-dimensional integration (without interference effects)

By courtesy of KUGLER – Salem ( D )

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By courtesy of KUGLER – Salem ( D ) Comparison of the beam profile for one- and two-dimensional integration (without interference effects)

By Courtesy of J. Charschan – Lasers in Industry

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Come si può notare dal Grafico, appena sopra, poiché il Rame riflette tantissimo ( oltre il 97 % ) sia la λ a 10.6 μm ( lontano IR ) che quelle λ nel range del vicino IR (λ 1.060 to 1.080 μm ), detti Specchi Integratori possono essere tranquillamente usati sia per Sorgenti Laser a CO2 che per le Sorgenti Nd-Yag, ad array di diodi laser, laser in Fibra, laser a fibra attiva. As can be seen from the graph, just above, since the Copper reflects much (more than 97 %) both the λ to 10.6 μm (far IR) that those λ in the range of near-IR (λ 1.060 to 1.080 μm); said mirrors may be used as Integrators safely for both sources CO2 laser sources that for NdYag, to arrays of laser diodes, fiber laser, active fiber laser.

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Schematic drawing of a Coaxial Head of Return and Integration of a Laser Beam by Circular (Gaussian) with Rectangular Shape (3 x 8 mm) or blade knife ( 1 x 8 mm ) . By courtesy of G. Daurelio et al – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy Si riportano, nel seguito, dei Files ( foto ), a riguardo di un ANALIZZATORE di Fascio Laser , tipo PROMETEC - LASERSCOPE UFF 100, utilizzato per analizzare un fascio laser integrato , tramite uno Specchio Integratore ( by KUGLER con focale f 250mm ) , a 3 diverse Potenze Laser – 600 W – 1000W e 1400W, a differenti altezze E-Section ( in % di P ). Questi misure sono state eseguite con un fascio laser a λ 10.6 μm ( Laser a CO2 ) ma possono essere eseguite anche su altri tipi di Sorgenti Laser a λ 1.06 – 1.08 μm. Are reported, below, the Files (photo), regarding a Laser Beam ANALYZER, type PROMETEC - LASERSCOPE UFF 100, used to scan a laser beam integrated, via an integrating mirror (by KUGLER with 250mm focal length ), at 3 different Laser Powers 600 W - 1000W and 1400W, at different heights E-Section (in% of P). These measurements were performed with a laser beam at λ 10.6 μm (CO2 laser) but can also be performed on other types of laser sources at λ 1.06 to 1.08 μm.

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An Integrating Head at work

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By courtesy of Dip. DMMM – Lab. UR1 – Hybrid welding Lab. – Politecnico di Bari G. Daurelio, A.D. Ludovico et altri Autori – Luglio 2015 – Integrating Laser Beam

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d) vi è anche una 4^ tecnica ( there is also a 4th technique ) In optics, a tophat (or top-hat) beam such as a laser beam or electron beam has a nearuniform fluence (energy density) within a circular disk. It is typically formed by diffractive optical elements from a Gaussian beam. Tophat beams are often used in industry, for example for laser drilling of holes in printed circuit boards. They are also used in very high power laser systems, which use chains of optical amplifiers to produce an intense beam. Tophat beams are named for their resemblance to the shape of a top hat. A flat-top beam (or top-hat beam) is a light beam (often a transformed laser beam) having an intensity profile which is flat over most of the covered area. This is in contrast to Gaussian beams, for example, where the intensity smoothly decays from its maximum on the beam axis to zero. Such beam profiles are required for some laser applications. For example, one requires a constant intensity over some area in some techniques for the processing of semiconductor wafers and other materials. Also, nonlinear frequency conversion at very high power levels can be more efficient when performed with flat-top beams. Typically, however, a flat-top beam profile still has some smooth edges, so that it can be approximated with a supergaussian profile, rather than a rectangular profile. Generation of Flat-top Beams In many cases, a flat-top beam is obtained by first generating a Gaussian beam from a laser and then transforming its intensity profile with a suitable optical element. There are different kinds of beam shapers to do that transformation. For example, certain combinations of aspheric lenses can be used, or some diffractive optics. With aspheric lenses, one can obtain a good beam flatness (with low residual ripple) and a high power efficiency, also a high damage threshold, which is particularly important when working with Q-switched lasers.

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By courtesy of RP Photonics Encyclopedia

Trattasi di un Fascio Laser , in uscita della Cavità risonante, direttamente a profilo “ cosiddetto” PIATTO, cioè FLAT-TOP BEAM PROFILE ( or a tophat or top-hat) beam), chiamato , in Italia, a profilo tipo Cappello Inglese ( a Bombetta ), per distinguerlo dal Profilo a Cappellaccio di Brigante (modo Gaussiano ). Questa Tecnica, studiata e progettata appositamente per effettuare Trattamenti Termici Superficiali ( e per tante altre applicazioni ), a Laser, a parere dell’Autore, non ha avuto molto successo :  

poiché doveva essere prevista in sede di Progettazione e Montaggio di tutta la Cavità Risonante Laser non permetteva di avere la solita ( e classica ) Flessibilità e Versatilità di una Sorgente e Sistema a Laser. Quindi questo tipo di Fascio non era molto adatto per il Taglio, Saldatura et altri processi, consueti da produrre a Laser. Ciò si rivela molto importante, specie nelle Italianissime P.M.I. che lavorano in regime di Laser Job Shop ( conto Terzi ) e /o se si desidera ottenere 2 o 3 Stazioni di lavoro ( operanti in Time –Sharing o Energy –Sharing ), con uno stesso Processo o con 2 o 3 diversi Processi a Laser.

****************** This is a laser beam, the output of the resonant cavity, directly in profile "so-called" FLAT, ie FLAT-TOP BEAM PROFILE (or TOP HAT), called, in Italian, English hat-profile type (a Billycock) to distinguish it from the Profile in Cappellaccio of Brigand (Gaussian mode). This technology, developed and designed specifically to make Surface Heat Treatments, by Laser, in the opinion of the author, has not been very successful: • because it had to be envisaged at the all Design and Mounting of Resonant Cavity Laser 50

• not allowed to have the usual (and classical) Flexibility and Versatility of a source and a Laser System. So this type of beam was not very suitable for the cutting, welding, and other processes, customary to produce by laser. This proves to be very important, especially in the very Italian SMEs working under the Laser Job Shop (Subcontracted) and / or if you want to get 2 or 3 workstations (operating in Time -Sharing or -Sharing Energy), with the same process or with 2 or 3 different processes in Laser. *************** Processo Superficiale a Laser , a Potenza costante – ad anello chiuso Finora, nelle pagine precedenti, si è parlato di un comune Processo Superficiale a Laser, a Potenza costante. Purtroppo, a seguito delle Caratteristiche Termo-Fisiche dei Metalli – Acciai – LEGHE e Superleghe ( Conducibilità Termica, Diffusività Termica, Assorbimento Superficiale …………….et altri…………….tutti versus T ( Temperatura del Materiale in process ) – f(T) – si inizia con una certa Profondità di trattamento ( penetrazione ) – a campione a T ambiente – e si finisce con una Profondità di trattamento, molto più ampia ( a seguito del riscaldamento del materiale per le Isoterme che precedono l’arrivo del fascio laser ). Ciò NON E’ SEMPRE VOLUTO ed ACCETTATO, per molte applicazioni industriali. Così si può intervenire con un Anello chiuso di Misurazione, Controllo, Gestione e Regolazione della Potenza ……………….secondo le reali necessità della superficie da trattare ( Closed Loop Control ). E’ evidente che è necessario individuare, in precedenza, la T richiesta, di Trattamento superficiale (alloying, hardening, remelting, soft hardening, cladding, metallic glazing, tempering, etc. etc.); installare un Pirometro ( monocolore o bicolore , cioè ad 1 λ o 2 λ ). Il tutto interfacciato, in Closed Loop ,con un PC . Saranno visualizzati , sempre su Monitor del PC , gli andamenti , nel tempo di processo, sia della Potenza Laser che della T superficiale, entrambi mantenuti costanti, entro un certo range . Oggi è anche possibile ( e più facile ) impiegare , al posto del Pirometro , una Termocamera ( cosidetta – a falsi colori ), a CCD, interfacciata al Laser e PC. Ciò ha portato a numerosi vantaggi, quali:  ha notevolmente semplificato la misura della Temperatura di Processo  non è più strettamente necessario avere un target di misura, minimo intorno ai 20 mm di diametro, ad una distanza minima di 1m dalla Termocamera ( uno dei limiti di applicazione dei Pirometri )  può seguire l’intero ciclo di processo superficiale  può memorizzare l’intero processo  è sempre necessario impostare inizialmente un valore di emissività del materiale “ in process”  a fine processo, in corso di elaborazione dati da PC ( tramite un apposito Software di Gestione ed Elaborazione Dati ), si possono impostare differenti valori di emissività crescenti ( dato che ϵ f(t) ) , lungo tutto il percorso trattato ( visto che la T superficiale del materiale si è incrementata a seguito delle isoterme di conduzione del calore )

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 la misura non è più strettamente legata alla tipologia e λ del sensore del Pirometro ( a λ 0.85 – 1 – 2 o range 8-14 μm ), secondo la T o il range di T da misurare  la risposta del CCD della Termocamera è molto veloce ( rispetto ai classici Pirometri ) ; quindi si possono rivelare e memorizzare anche eventi e processi a velocità elevate . ************************* Laser surface processing at Constant Laser Power – in closed loop So far, on the previous pages, there has been talk of a common Laser Surface process, at constant power. Unfortunately, following the Thermo-Physical Characteristics ( properties ) of Metals - Steels - Alloys and Super-Alloys (thermal conductivity, thermal diffusivity, Surface Absorption ............... ............... .et other all versus T (temperature of the material in process) - f (T) - you start with a certain depth of treatment (penetration) - a sample at room temperature - and you end up with a depth of treatment, much larger (as a result of the heating of the material for the isotherms preceding the arrival of the laser beam). This is NOT EVER WANTED and ACCEPTED, for many industrial applications. So you can intervene with a closed ring of measurement, control, management and regulation of the power .................. according to the real needs of surface to be treated (Closed Loop Control). It 'obvious that you need to find, above, the T request, surface treatment (alloying, hardening, re-melting, soft hardening, cladding, metallic glazing, tempering, etc. etc.); install a pyrometer (one or two colors, ie at λ 1 or λ 2). All interfaced, in closed loop, with a PC. They will be displayed, again on the PC Monitor, developments in process time, both of which the T and Power Laser on the surface, both held constant, within a certain range. Today is also possible (and easier) to use, instead of the pyrometer, a thermal camera (so called – at false color image), at CCD, interfaced to PC and Laser Source. This has led to numerous advantages, such as:  it has greatly simplified the measurement of the temperature process  it is no longer strictly necessary to have a target of measurement, a minimum around 20 mm in diameter, at a minimum distance of 1m from the thermal camera (one of the limits of application of Pyrometers)  it can follow the whole surface process cycle  it can store the whole process  it is always necessary to initially set an emissivity value of the material "in process"  at the end of the process, in the course of processing data from a PC (via a Software Management and Data Processing), you can set different emissivity values increasing (since ε f (t)), all the way treated (since T on the surface of the material is increased following the isothermal heat conduction)  the measure is no longer strictly linked to the type and λ Sensor pyrometer ( at λ 0.85 1-2 or 8-14 μm range), according to the T or the T range of measurement to detect  the response of CCD Thermal Imaging Camera is very fast (compared to classic pyrometers); then you can reveal and also stored events and processes at high speeds. ****************

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Come si Progettò e si Sperimentò un Sistema a Loop chiuso e i Problemi incontrati e risolti (1991 – 1994 ) ( As it was designed and Experienced a closed loop system and the problems encountered and solved – on 1991 to 1994 ) Many problems in correlation between photodiode voltage output and work-piece temperature occurred. It was necessary to introduce in the laser power control formula a correction factor of dT, that depended on the treating material. Experimental calibrations were performed on different materials, such as medium and high content carbon steels C40, C45 and C60, and for each one of them this correction factor was found. To perform these calculations it was used a single wave-length optical non-contact infrared pyrometer to read temperature values and correlate them to photodiode output voltages. The used pyrometer was a DIOPTIX mod. PB10, able to measure temperature from 700 to 2000 °C. Some proofs, performed by using other pyrometers (KANE-MAY INSTRUMENTATION mod. INFRATRACE 1000 and INFRATRACE 801) gave unsatisfactory results, due to their too low maximum readable value (no more than 1300 °C). The three pyrometers just described are shown in fig. 9. Fig. 10 shows the DIOPTIX pyrometer as it was placed with respect to the robot laser and to the work plane. The software that controls the system has been written using the MICROSOFT QUICKBASIC 4.5 compiler, that was considered to be a satisfactory development tool with respect to the low speed of the process and to the high performances of the computer and of the conversion board. The program, developed by CENTRO LASER, interfaces the conversion board with the photodiode and with the laser source, implementing the mathematical model of the process. The operator was ,asked to input the values of starting laser power and the desired treatment temperature; the program running, the computer attends temperature to be constant during the surface treatment process with adaptive regulations of the laser power. The main limitation of this system is surely the too high dependence of the infrared value read from external factors, such as the distance of the photodiode from the work piece or the possibility of smoke presence around the working point (that affects the temperature value read) as well as the change of the correct and imposed emissivity value each time the processed material changes. Besides there is the necessity to have a sort of database of correction factors for each material processed to insert in the process control formula. For this reason, even if this system gives good results when it is well calibrated, it was preferred to completely redefine the whole data acquisition part, developing a second sensor prototype. 4.2 Dual wavelength pyrometer based system By using this second sensor the temperature data acquisition is performed by means of a two wavelengths pyrometer, constituted by an optical fiber thermometer LAND RP11 and by an electronic unit LAND "LANDMARK X". This device, including an optical-electrical coupler, is shown in fig. 11. This pyrometer outputs a signal corresponding to 1 mV per °C, and has programmable low and high temperature alarm indicators, so that to permit the stop of the process when faults occur. It is possible to connect this pyrometer to further devices using external asynchronous communication by means of a serial port RS232. Nevertheless it has been preferred to read the voltage signal in a direct mode to obtain time process optimization. The pyrometer has been mounted on a coupling flange , in order to install it on the laser head to read infrared emission on the working point. The temperature signal, read by pyrometer, is amplified by a customized electronic device and transferred to an A/D-D/A 53

board, that has been installed on the same personal computer previously described. With respect to the previous sensor prototype also the conversion board has been changed. The used board has 8 A/D channels working with 12 bits data, supports 0-10 V as analog input range and has a 50 microsecond. conversion time. Therefore it has only a D/A channel even working with 12 bits words and having 300 ns of settling time, that has been used to the laser power feedback control. This second board has lower performances than the BURR-BROWN board previously described, but is sufficient to ensure the necessary process control speed. Besides it is very less expensive than the other one. This second data acquisition technique solves the problems connected with the first sensor prototype. In fact the temperature read is calculated by the energy ratio of two spectral zones of the infrared region (dual wave-length pyrometer), so the external factors don't affect this value in a meaningful mode. Besides the pyrometer outputs a voltage signal directly correlated to the temperature (1 mV per °C), so avoiding the problems connected with the use of a correction factor in the process control formula. · By

courtesy of G. Daurelio et al – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy


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By courtesy of G. Daurelio et al – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy By courtesy of KANE MAY Limited – U.K. Caratteristiche principali dei 3 Pirometri : 1 – INFRATRACE 801 Range di T ( 0 – 800 °C ) - Risoluzione 1°C - Precisione +/- 0.7 % della lettura // +/- 0.4 % fondo scala – Risposta Spettrale del Sensore nel range di λ 8 -14 μm – Target size: 20mm MINIMO ad 1m di distanza dal pirometro.

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2 – INFRATRACE 1501 Range di T ( 0 – 1500 °C ) - Risoluzione 1°C - Precisione +/- 0.7 % della lettura // +/- 0.4 % fondo scala – Risposta Spettrale del Sensore nel range di λ 8 -14 μm – Target size: 20mm MINIMO ad 1m di distanza dal pirometro. 3 – DIOPTIX PB 10 Range di T ( 700 – 2000 °C ) - Risoluzione 1°C - Precisione +/- 1 % della lettura // +/- 1 % fondo scala – Risposta Spettrale del Sensore nel range di λ 0.85 μm – Target size: distanza regolabile da 0.5m all’infinito – TEMPO DI RISPOSTA : 2 sec MIN.

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Pirometro a Fibra Ottica, tipo LAND Mod. FRP 11 e Unità Elettronica LAND Mod. LANDMARK X . By courtesy of G. Daurelio et al – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy By courtesy of Land Instruments International - Dronfield- UK and in Pensilvanya, USA

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An Integrating Head at work By courtesy of G. Daurelio et al – Centro Laser – Bari – Valenzano- Italy

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e) vi è anche una 5^ tecnica ( there is also a 5th technique) Trasformazione di un Fascio Laser a Profilo Gaussiano in uno di Forma Rettangolare ( o a Lama di Coltello ) tramite una Lente Cilindrica Gaussian to Rectangular ( or Knife Blade ) Beam by Cilindrical Lens Lente cilindrica, Piano-Convessa o Piano-Concava, che trasformi la geometria del Fascio Laser, entrante su di essa, da Circolare in Rettangolare, a Lama di Coltello ( a Fuoco ) o a differenti aree rettangolari, a seconda dei diversi gradi prescelti di defocalizzazione, in uscita da essa ( Tecnica Daurelio n.1 ). Lente in Quarzo ( Fused Quartz o Fused Silica ) oppure in BK7 ( al Borosilicato ), con o senza trattamento alcuno di Coating anti-riflesso per λ 1.060 to 1.070 μm. Queste LENTI NON POSSONO ESSERE USATE x Fasci Laser a CO2 a λ 10,6 μm , in quanto sia il Quarzo che il BK7 ( vetro al borosilicato ) NON SONO TRASPARENTI a detta lunghezza d’onda, quindi la assorbono tantissimo, frantumandosi violentemente, in mille pezzi. ATTENZIONE è PERICOLOSO !!!!!!!!!! Tutto OK per Laser a Nd-YAG o a diodi Laser o laser in fibra o laser a fibra attiva. **************** Cylindrical lens, Medium-convex or concave-Plan, which transform the geometry of the laser beam, entering on it, from Circular to Rectangular or to a blade knife (at focal point) or to different rectangular areas, according to the different defocusing degrees selected, outgoing from it ( Technique Daurelio n. 1). Lens Quartz (Fused Quartz or Fused Silica) or BK7 (Borosilicate to), with or without any treatment of Coating anti-reflection for λ 1,060 to 1,070 microns. These LENSES CAN NOT BE USED x CO2 laser beams at λ 10.6 pm, as both the Quartz that BK7 (borosilicate glass) ARE NOT TRANSPARENT said wavelength, then absorb a lot, disintegrated violently, in a thousand pieces. ATTENTION is DANGEROUS !!!!!!!!!! Everything is OK for Laser Nd-YAG or diode laser or fiber laser or active fiber laser. ********** Questa Tecnica fu pensata ed impiegata ( da G. Daurelio ) su un Laser a Nd-YAG ( in regime di Q-Switch al nanosecondo ), appositamente per il Laser Cleaning, il Laser Monumental Cleaning, per la Selective Ablation e per la Rimozione dei Graffiti. A fronte dei risultati positivi ottenuti, essa fu BREVETTATA, come di seguito riportato:

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This technique was designed and used (from G. Daurelio) of a Nd-YAG laser (in a mode of Q-Switch nanosecond), specifically for the Laser Cleaning, the Laser Monumental Cleaning, for the Selective Ablation and for the removal of graffiti. Given the positive results, it was PATENTED, as follows:



G. Daurelio - Un nuovo Processo di Rimozione GRAFFITI dai Monumenti tramite Ablazione Controllata e Selettiva, a Laser Nd-YAG, una lama ottica ed uno speciale …PATENT · AUGUST 2008 - Patent: EC : B08B7/00S2 //Publication Info : IT BA 20080031 (A1 ) 2008 - 11 - 06 // Priority Date : 2008 - 08 - 07 // n. Domanda BA2008A000031, on ResearchGate Web, DOI: 10.13140/RG.2.1.4336.0164 ·



G. Daurelio - Tre Tecniche di Laser Monumental Cleaning & Restoring : Tecnica DAURELIO n. 1 – 2 e 3 // New Monumental Laser Cleaning & Restoring Techniques : DAURELIO Technique n. 1 – 2 and 3 ( in Italian and English languages ) BOOK · APRIL 2014 - Edition: Book as Thematic Monograph, Publisher: G.Daurelio, Editor: G. Daurelio , published on ResearchGate WEB, DOI:10.13140/2.1.3353.9365



Patent: G. Daurelio - Un processo innovativo di rimozione superficiale, tramite laser e uno speciale rivestimento, di graffiti e scritte dalle legende informative, poste nei pressi di monumenti . G.Daurelio, S.E. Andriani, A. Albanese Ref. No: EC : B08B7/00S2 // Publication Info : IT BA 20080032 ( A1 ) 2008 -11 - 06 // Priority Date : 2008 -08 - 07 // n. Domanda BA2008A000032, Year: 08/2008 - PATENT · AUGUST 2008 – on ResearchGate Web - DOI: 10.13140/RG.2.1.1321.3601 ·

f ) vi è anche una 6^ tecnica ( there is also a 6th technique) MARCATURA A SCANSIONE con Nd:YAG. Il sistema di marcatura utilizza in questo caso due galvano-specchi che deflettono il raggio secondo assi coordinati X,Y. Il movimento è controllato

elettronicamente.

Il

laser

Nd:YAG

normalmente viene fatto funzionare in

regime impulsato per questo tipo di applicazione. Per minimizzare l’alterazione termica del pezzo e avere nello stesso tempo un’efficace rimozione di materiale risulta particolarmente conveniente il funzionamento Q-Switching, cioè in regime di impulsi giganti. Le potenze medie impiegate sono tipicamente inferiori a 10 W in monomodo e a 80 W in multimodo; le frequenze di tiro arrivano fino a 20 kHz per marcature superficiali e fino a 1 kHz per marcature profonde. La marcatura poco profonda, normalmente di alta qualità, è praticata su superfici metalliche nude o verniciate. Il campo di lavoro con uno scanner a focale corta (100 mm) è tipicamente di 35 x 35 mm. Allungando la distanza focale , il campo di lavoro aumenta: una focale di 250 mm estende il campo di marcatura a 120 x 120 mm. La profondità di campo ( o di fuoco ottico ) è normalmente 1 mm. I tempi di marcatura, a partire da immagini video aventi risoluzione di 1024 x1024 pixel, con 62

focale 250 mm e frequenza di tiro 20 kHz applicabile alla marcatura superficiale, sono di 2,8 s per una linea di 20 caratteri alfanumerici alti 5 mm e di 1,12 s per una linea di 50 caratteri alfanumerici alti 2 mm. Per una marcatura più profonda alle stesse condizioni, si dovrà ridurre la frequenza di tiro a 1 kHz con conseguente aumento dei tempi di lavoro: 5,6 s per una linea di 20 caratteri alti 5 mm e 2,3 s per una linea di 50 caratteri alti 2 mm. Se si diminuisse la risoluzione a 512 x 512 pixel mantenendo invariate le altre condizioni, i tempi di lavorazione si ridurrebbero di oltre la metà. La profondità della marcatura aumenta in proporzione ai tempi di lavoro, da 0,5 μ a oltre 20 μ per passata (fonte: Microcontrole SA). Da quanto riportato, è evidente che una tale Tecnica e Tecnologia può anche essere impiegata per il LSμW - Laser Surface micro-Working Processes, per esempio, il Surface Texturing, il Fine Texturing e il Micro-Texturing . Essa è anche, attualmente, impiegata per: 

LRP - Laser Rapid Prototyping ( da liquidi plastici o da polveri metalliche – ENTRAMBI non spruzzati – ma a deposizione a strati successivi



ALM ( Additive Layer Manufacturing or Additive Laser Manufacturing ) - LAM ( Laser Additive Manufacturing ) – SLS ( Selective Laser Sintering ) – DMLS (Direct Metal Laser Sintering ) – SLR ( Selective Laser Repairing ) and SLM ( Selective Laser Melting ) per pezzi di piccolissime dimensioni .

Invece, anche se detta 6^ tecnica discende e deriva dalla 1^ ( Rastered Beam ), per tutto quanto

sopra

descritto

e

riportato,

essa

NON

PUO’

ESSERE

IMPIEGATA

ASSOLUTAMENTE PER I TRATTAMENTI TERMICI SUPERFICIALI ( massivi ) a LASER, quali : Heat Treating, Alloying, Soft Hardening, Hardening, Metallic Glazing, Remelting, Surface Heating, Cladding, Softening, Selective Repairing – di pezzi massivi e di grandi superfici e di grandi dimensioni.

******************* MARKING SCAN with a Nd: YAG. The marking system uses in this case two galvanomirrors that deflect the beam according to coordinate axes X, Y. The movement is controlled electronically. The Nd: YAG laser is normally operated in a pulsed regime for this type of application. To minimize the thermal alteration of the workpiece and to have at the same time effective removal of material is particularly convenient operation Q-switching, ie 63

in the giant pulse regime. The average power used are typically less than 10 W in single mode and 80 W in multimode; frequencies of shooting arrive up to 20 kHz for surface markings and up to 1 kHz for deep marking. Marking shallow, usually of high quality, it is practiced on bare metal surfaces or painted. Field work with a scanner Short focus (100 mm) is typically 35 x 35 mm. Extending the focal distance, the working range increases: a focal length of 250 mm extending the marking field to 120 x 120 mm. The depth of field (or optical focus) is normally 1 mm. The timing of marking, from video images with a resolution of 1024 x1024 pixels, with 250 mm focal length and of shooting frequency 20 kHz applicable to the marking surface, are 2.8 s for a line of 20 alphanumeric characters 5 mm high and 1.12 s for a line of 50 alphanumeric characters 2 mm high. For a marking deeper under the same conditions, you will have to reduce the frequency of shooting at 1 kHz with a consequent increase of the working times: 5.6 s for a line of 20 characters, 5 mm high and 2.3 s for a line of 50 characters, 2 mm high. If you diminish the resolution to 512 x 512 pixels while maintaining the same conditions, the processing time would be reduced by more than half. The depth of the marking increases in proportion to the work time, from 0.5 to over 20 μm for each pass (source: Microcontrole SA). From the above, it is evident that such a Technique and Technology can also be used for the LSμW - Laser Surface micro-Working Processes, for example, the Surface Texturing the Fine Texturing and the Micro-Texturing. It is also currently used for:  LRP - Laser Rapid Prototyping (liquids from plastic or metal powders - both not sprayed - but a deposition in successive layers  ALM (Additive Layer Manufacturing or Laser Additive Manufacturing) - LAM (Laser Additive Manufacturing) - SLS (Selective Laser Sintering) - DMLS (Direct Metal Laser Sintering) - SLR (Selective Laser Repairing) and SLM (Selective Laser Melting) for components of very small dimensions..

64

Instead, even though that 6th Technical descends and comes from 1st one (Rastered Beam), for all of the above described and shown, it CAN NOT BE USED ABSOLUTELY FOR HEAT TREATMENT SURFACE (massive) at LASER, such as: Heat Treating, Alloying, Soft Hardening, Hardening, Metallic Glazing, Remelting, Surface Heating, Cladding, Softening , Selective Repairing - for pieces of massive and large surfaces and large dimensions .

65

66

By courtesy of G. Daurelio et M. D’Alonzo – Bari –et Gravina - Italy

67

RINGRAZIAMENTI ( ACKNOWLEDGEMENTS ) Si desidera ringraziare il Dott. Ing. Andrea Sportiello e il Dott. Ing. Rocco De Franchi per le discussioni tecnico-scientifiche in merito alla tematica del lavoro, nonché per la supervisione dello stesso, nel corso di tutta la stesura.

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Daurelio,

Ruggero

Rizzi, Wilfred

Reiter, D.

De

Blasiis, V.

Santacesaria, R.Lassandro, L.Morandi, M. Cinquepalmi, G. Filograsso - Laser Surface Processing of the New Synchros - Book as Thematic Monograph for the European Research 68

Project - BRITE / EURAM - Contract Number BREU 0544 - Project Numbe BE• 4303 , 01/1995; CENTRO LASER Scrl - Valenzano ( Bari ) - Italy et COMMISSION OF EUROPEAN COMMUNITIES - Directorate General XlI Science, Research and Development - Brussels ( B ).,

ISBN:

Project

Title

:

ENHANCEMENT

OF

THE

SYNCHRONIZING

PERFORMANCES BY LASER SURFACE PROCESSING), published on

CONES

ResearchGate

Web , DOI: 10.13140/2.1.1924.4322 10- G. Daurelio, R.Lassandro, L.Morandi, M. Cinquepalmi, V. Santacesaria, G. Filograsso Laser Surface Processing (Quenching, Remelting, Alloying)Book as Thematic Monograph for the European Research Project - BRITE / EURAM - Contract Number BREU 0544 - Project Numbe BE• 4303, 06/1994; CENTRO LASER Scrl - Valenzano ( Bari ) - Italy et COMMISSION OF EUROPEAN COMMUNITIES - Directorate General XlI Science, Research and Development - Brussels ( B )., ISBN: Project Title : ENHANCEMENT OF THE SYNCHRONIZING CONES PERFORMANCES BY LASER SURFACE PROCESSING), published on ResearchGate Web , DOI: 10.13140/2.1.4742.4808 11- G. Daurelio, Wilfred Reiter, Ruggero Rizzi, R. Lassandro, L. Morandi, M.Cinquepalmi, V. Santacesaria, G. Filograsso - Selection of Materials and Beam Shaping Devices - Book as Thematic Monograph for the European Research Project - BRITE / EURAM - Contract Number BREU 0544 - Project Numbe BE• 4303 , by CENTRO LASER S.c.r.l. - Valenzano ( Bari ) - Italy, 06/1992; CENTRO LASER S.c.r.l. - Valenzano ( Bari ) - Italy et COMMISSION OF EUROPEAN COMMUNITIES - Directorate General XlI Science, Research and Development - Brussels ( B ),., ISBN: pp. 1 to 21 - figs . 1 to 12 - Definition of Materials // Geometry of the Samples // Optical Devices // Beam Shaping), published on ResearchGate Web , DOI: 10.13140/2.1.2776.4001 12- G. Dilintas, O. Arcamone, G. Daurelio - Celle di Lavorazione Flessibile con Stazione di Trattamento Termico Superficiale con Laser a CO2 - Thematic Monograph for European

69

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70

21- M. Zielinska,

K. Kubiak,

J.

Sieniawski :

Surface Modification , Microstructure and

Mechanical Properties of Investment Cast Superalloy - Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering ( AMME ) – Vol. 35 , Issue 1 , July 2009 22- G. Daurelio, A. Angelastro, A. S. Pugliese :

Una Testa Integratrice di un Fascio Laser

Gaussiano a 1.070 micron m ( An Integrating Head for a 1.07 micron m Gaussian Laser Beam ) , published on ResearchGate WEB , DOI: 10.13140/RG.2.1.3241.2320 23- G. Daurelio, Wilfred Reiter, Ruggero Rizzi, R. Lassandro, L. Morandi, M. Cinquepalmi, V. Santacesaria, G. Filograsso : BRITE- EURAM Project BE 4303 on ENHANCEMENT of SYNCHRONIZING CONES PERFORMANCES by LASER SURFACE PROCESSING – Part 1 – on Quenching , Remelting , Alloying - from Jan. 1992 to June 1995, published on ResearchGate WEB , DOI: 10.13140/RG.2.1.4088.1763 24- G. Daurelio, Wilfred Reiter, Ruggero Rizzi, R. Lassandro, L. Morandi, M. Cinquepalmi, V. Santacesaria, G. Filograsso : BRITE- EURAM Project BE 4303 on ENHANCEMENT of SYNCHRONIZING CONES PERFORMANCES by LASER SURFACE PROCESSING – Part 2 – on Quenching , Remelting , Alloying - Technical and Scientific Characterization - from Jan. 1992 to June 1995. 25- KUGLER : Kugler Integrating Mirrors KIS – Faceted Surface Line Integrator – pp. 1 – 2 – June 2015 26- G. Daurelio : Il DAU – Una Unità di MIsura dell’Efficienza di Processo nel Taglio, Saldatura, Microforatura e Trattamenti Termici Superficiali a Laser – 3^ Parte – Efficienza di Processo – Rivista Italiana della Saldatura, Anno LVIII , n.5 , 2011, pp. 659 to 671 , ISBN : 0035 -6794, published on ResearchGate WEB , DOI: 27- G. Daurelio : Proprietà

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Superleghe , Genn. 2013 , pp. 1 to 33, published on ResearchGate WEB , DOI: 10.13140/2.1.1781.0721

71

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-

All. AA3 -

Progetto TRIALS ( Technology Research and

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72

Italian Language )- pp. 1 to 15 , marzo 1997 – luglio 1998- published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/2.1.4283.7283 36- G. Daurelio, D. De Blasiis, V. Lombardo : Process Control Sensor - Edition: Thematic Monograph as Special Technical Report for European BRITE Project - Contract n. Breu 0544 - BE 4303, Publisher: Centro Laser Scrl - Centro Ricerche - Valenzano ( Bari ) - Italy et CE DG XII - Bruxelles (B ), Editor: G. Daurelio, pp. 1 to 24 , JULY 1993, published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/2.1.1858.8962 · 37- G. Daurelio , R. Lassandro , L. Morandi, Massimo Cinquepalmi : Selection of Materials and Beam Shaping Devices, Edition: Book as Thematic Monograph for the European Research Project - BRITE / EURAM - Contract Number BREU 0544 - Project Numbe BE• 4303, Publisher: CENTRO LASER S.c.r.l. - Valenzano ( Bari ) - Italy et COMMISSION OF EUROPEAN COMMUNITIES - Directorate General XlI Science, Research and Development - Brussels ( B ),, Editor: G. Daurelio by CENTRO LASER S.c.r.l. - Valenzano ( Bari ) - Italy, pp. 1 to 21 - figs . 1 to 12 - Definition of Materials // Geometry of the Samples // Optical Devices // Beam Shaping, pp. 1 to 22 , June 1992, published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/2.1.2776.4001 · 38- G. Daurelio, Ruggero Rizzi, Wilfred Reiter, D. De Blasiis, V. Santacesaria, R. Lassandro, L. Morandi, M. Cinquepalmi, G. Filograsso: LASER SURFACE PROCESSING of the NEW SYNCHROS ( 1st – 2nd – 3st - 4 th PARTS ) Book as Thematic Monograph for the European Research Project - BRITE / EURAM - Contract Number BREU 0544 - Project Numbe BE• 4303 edited by G. Daurelio, 01/1995; CENTRO LASER Scrl Valenzano ( Bari ) - Italy et COMMISSION OF EUROPEAN COMMUNITIES - Directorate General XlI Science, Research and Development - Brussels ( B )., ISBN: Partner Involved Consortium Partners : OTOTRASM S.p.A. - Bari ( I ) // SINTERSTAHL Gmbh - Fussen ( D ) // CENTRO LASER S.c.r. l. - Valenzano ( Bari ) ( I ) , published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/2.1.4545.8722 ·

73

39- G. Daurelio - Un nuovo Processo di Rimozione GRAFFITI dai Monumenti tramite Ablazione Controllata

e

Selettiva,

a

Laser

Nd-YAG,

una

lama

ottica

ed

uno

speciale

…PATENT · AUGUST 2008 - Patent: EC : B08B7/00S2 //Publication Info : IT BA 20080031 (A1 ) 2008 - 11 - 06 // Priority Date : 2008 - 08 - 07 // n. Domanda BA2008A000031, on researchGate Web, DOI: 10.13140/RG.2.1.4336.0164 · 40- G. Daurelio : Strutture metallurgiche per Acciai al C ( Fe 360B - C70 - 38NCD4 ) e Acciai inox ( AISI 430 - AISI 440C ) - trattati a T costante e ad anello chiuso // For Research Learning - Laser Job Shop - Teaching - n. 32 )- JUNE 2014 , published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/RG.2.1.3675.0880 · 41- G. Daurelio - Tre Tecniche di Laser Monumental Cleaning & Restoring : Tecnica DAURELIO n. 1 – 2 e 3 // New Monumental Laser Cleaning & Restoring Techniques : DAURELIO Technique n. 1 – 2 and 3 ( in Italian and English languages ) - BOOK · APRIL 2014 - Edition: Book as Thematic Monograph, Publisher: G.Daurelio, Editor: G. Daurelio , published on ResearchGate WEB, DOI:10.13140/2.1.3353.9365 42- T. R. Anthony , H. E. Cline : Surface rippling induced by surface tension gradients during laser surface melting and alloying-J.Appl.Phys. 48,3888 (1977); dx.doi.org/10.1063/1.324260 43- Janez Grum : Encyclopedia of Tribology - Laser Surface Hardening - 2013, pp 1948-1962 44- Laser Institute of America, Handbook of Laser Materials Processing, Magnolia Publishing Inc., 2001. 45- B. Ehlers, H.J. Herfurth, S. Heinemann - Hardening and welding with high power diode lasers, Proc. SPIE 3945 (2000) 63– 70. 46- R.A. Higgins, Engineering Metallurgy. Part 1: Applied Physical Metallurgy, 6th ed., Edward Arnold, London, 1993. 47- S.M. Levcovici, D.T. Levcovici, M.M. Paraschiv, Laser hardening of aluminium bronzes, Mater. Manuf. Process. 17 (1) (2002) 13–21. 48- ASM International, ASM Handbook: Heat Treating, vol. 4, ASM International, 1994.

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published

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65- I. M. Catalano, G. Daurelio, S. E. Andriani, M. Borasso, D. Allegretti - REALIZZAZIONE DI FORI SU ANELLI in SiC MEDIANTE TECNOLOGIA LASER - Relazione FINALE di Contratto ( in Italian Language ) ( REALIZATION OF HOLES ON SiC RINGS BY LASER TECHNOLOGY ), Edition: Book as Thematic Monograph on a Research Industrial Project pp. 1 to 186 - figs. 1 to 85 - tabs. 1 to 22., Publisher: MECCANOTECNICA UMBRA SpA Campello sul Clitunno ( PG ) et Dip. di FISICA - Univ. e Politecnico di Bari – Italy, Editor: G. Daurelio ( for Dept. of Physics ) et M . Borasso , D. Allegretti ( for Meccanotecnica Umbra SpA ), Marzo 2011, published on ResearchGate WEB, DOI: 10.13140/2.1.4926.8008 66- G. Daurelio, M. D’Alonzo - Processi di micro-tessitura superficiale,a laser, di metalli , acciai e leghe ( laser surface micro-workings : fine micro-texturing ), Patent: Publication Info : IT BA 20070064 (A1 ) 2007 - 12 -12 // Priority Date : 2007 - 09 - 12 // n. Domanda BA2007A000064,

Settembre

2007,

published

on

ResearchGate

WEB,

DOI:

10.13140/RG.2.1.4204.9440 ******************************** ***********************************************

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