Che cos’è la tornitura diamantata a punta singola?

Come funziona la tornitura diamantata

La tornitura diamantata è una tornitura, come su qualsiasi tornio: il pezzo gira e un utensile con un solo tagliente lo percorre asportando un truciolo sottile. Tre cose la distinguono dalla tornitura comune.

• La macchina. Un tornio di ultraprecisione ha un mandrino su cuscinetti ad aria, slitte su guide idrostatiche e un basamento isolato dalle vibrazioni. Posiziona l’utensile a passi di nanometri e lavora in un ambiente a temperatura controllata.
• L’utensile. Il tagliente è un diamante monocristallino, lucidato così affilato e liscio da apparire quasi perfetto anche al microscopio.
• Il taglio. La passata finale asporta solo pochi micrometri, con un avanzamento molto lento. Il tagliente si copia sul pezzo, giro dopo giro.

Il risultato è una superficie con una rugosità di pochi nanometri e una precisione di forma inferiore al micrometro. Riflette o trasmette la luce direttamente dalla macchina.

Perché l’utensile è un diamante monocristallino

Una superficie ottica non può essere migliore del tagliente che l’ha tagliata. Un diamante monocristallino è un unico cristallo continuo, senza grani e senza legante, quindi il suo tagliente si può lucidare più affilato e liscio di qualsiasi altro materiale da taglio. È anche il materiale più duro conosciuto e smaltisce rapidamente il calore, così il tagliente mantiene la forma lungo tutto il taglio.

Gli utensili fatti di grani di diamante, come il PCD, sono più tenaci, ma il loro tagliente è limitato dalla dimensione dei grani e non può tagliare una finitura ottica. Gli utensili per tornitura diamantata si fanno in diamante naturale o in monocristallo cresciuto artificialmente, l’MCD. Per le differenze, veda la nostra guida al diamante naturale, MCD e PCD.

Quali materiali si possono tornire al diamante

Che cosa non si può tornire al diamante:

• Acciaio e altri metalli ferrosi. Alle temperature di taglio il carbonio del diamante reagisce con il ferro e il tagliente si usura dopo un taglio brevissimo. Per questo gli inserti per stampi in acciaio si rivestono prima di nichel chimico: si tornisce lo strato di nichel, non l’acciaio.
• Vetro. Il vetro ottico è troppo fragile per essere tornito nella pratica normale. Le lenti in vetro si rettificano e lucidano, oppure si stampano.
• Materiali molto abrasivi, che usurano il tagliente troppo in fretta per mantenere una forma ottica.

Cristalli fragili come germanio e silicio si possono tornire, ma solo con passate molto piccole e un utensile con angolo di spoglia superiore negativo. In queste condizioni il materiale si stacca come un truciolo fine, come un metallo, e non si crepa.

A che cosa serve la tornitura diamantata

• Ottiche infrarosse. Lenti in germanio, silicio e seleniuro di zinco per termocamere e sensori.
• Specchi metallici. Specchi piani, sferici e fuori asse in alluminio e rame, per laser, scanner e telescopi.
• Inserti per stampi. Gli inserti nichelati che formano le lenti in plastica di fotocamere per smartphone, fari e head-up display.
• Asferiche, superfici freeform e diffrattive. Forme lente e costose da lucidare, ma per un tornio solo un percorso utensile.
• Lenti di Fresnel e scanalature sottili, tagliate con un utensile a V affilato.
• Lenti a contatto e lenti intraoculari, tornite da grezzi in plastica su piccoli torni diamantati.

Tornitura, fly cutting e tool servo

• Tornitura. Il pezzo gira, l’utensile si muove. È lo standard per le ottiche rotonde e simmetriche.
• Fly cutting. L’utensile diamantato gira su un braccio o una testa grande e il pezzo gli scorre davanti. Si usa per specchi piani e lunghe scanalature dritte.
• Slow e fast tool servo. L’utensile avanza e arretra durante ogni giro del mandrino, così il tornio può tagliare superfici non rotonde e non simmetriche: ottiche freeform e matrici di lenti.

Che cosa deve fare il tagliente

Poiché il tagliente si copia sul pezzo, un utensile per tornitura diamantata si specifica con più dettaglio di un normale utensile da tornio.

• Raggio di punta. Il raggio della punta, da pochi centesimi di millimetro a diversi millimetri. Un raggio maggiore dà una superficie più liscia a parità di avanzamento; uno minore raggiunge dettagli ripidi e piccoli.
• Angolo di spoglia superiore. Di solito 0° per metalli e plastiche, e negativo, spesso intorno a −25°, per germanio, silicio e altri cristalli fragili.
• Angolo di spoglia inferiore. Lo scarico sotto il tagliente. Deve essere abbastanza grande perché l’utensile non tocchi la parte più ripida della superficie.
• Ondulazione. Quanto il tagliente rotondo si discosta da un cerchio perfetto. Quell’errore si stampa nella superficie, quindi gli utensili ottici si producono con un’ondulazione controllata, da circa un micrometro fino a decine di nanometri.
• Angolo incluso, per gli utensili a V che tagliano scanalature e motivi Fresnel.

Tornitura diamantata o rettifica e lucidatura?

Le ottiche tradizionali si rettificano e poi si lucidano, il che funziona sul vetro e dà le superfici più lisce in assoluto. La tornitura diamantata è più rapida per serie piccole e medie, realizza asferiche e forme freeform con la stessa facilità delle sfere e funziona su metalli, plastiche e cristalli difficili da lucidare.

Il suo punto debole sono i segni di tornitura: un motivo di scanalature finissime e regolari dovuto all’avanzamento dell’utensile. Per le ottiche infrarosse non conta. Per il visibile più esigente, i pezzi ricevono a volte una leggera lucidatura dopo la tornitura.

Quando l’utensile è usurato

Un tagliente usurato si vede prima sul pezzo: la superficie si vela, compaiono linee sottili o la forma misurata deriva. A quel punto un utensile in diamante monocristallino non si butta. Il tagliente si rilappa al raggio e all’ondulazione originali, e l’utensile si può riaffilare più volte.

Utensili per tornitura diamantata

Bulunmaz produce utensili a raggio, utensili a V, utensili per fly cutting e utensili a spoglia negativa in diamante naturale e MCD, con il raggio e gli angoli del suo disegno. Veda gli utensili per la tornitura diamantata di ottiche e stampi per lenti, oppure ci invii materiale e disegno.

Non eseguiamo tornitura diamantata conto terzi.