Protezione della sicurezza laser nelle operazioni di marcatura laser

Comprensione dei rischi laser mediante classificazione e valutazione del rischio

Classi di laser CO2, a fibra e UV e i relativi rischi specifici nella marcatura industriale

I sistemi di marcatura laser utilizzati nell'industria vengono classificati in base al loro livello di pericolosità, che dipende dal modo in cui emettono luce e dal tipo di effetti biologici che potrebbero causare. I laser a CO₂ rientrano generalmente nella classe 4, poiché producono radiazioni infrarosse con una lunghezza d'onda di circa 10,6 micrometri. Queste possono provocare gravi ustioni alla cornea e persino innescare incendi in presenza di vapori o fumi infiammabili. I laser a fibra variano dalla classe 1 alla classe 4, a seconda di fattori quali il grado di sigillatura del sistema e la potenza in uscita. Operano a circa 1,06 micrometri e, poiché i loro fasci sono estremamente focalizzati, possono attraversare direttamente i tessuti oculari. Gli operatori devono indossare occhiali speciali, certificati per specifiche lunghezze d'onda e dotati di adeguata densità ottica. Anche i laser ultravioletti rientrano tipicamente nelle classi 3B o 4. Le loro emissioni avvengono a lunghezze d'onda inferiori a 400 nanometri e causano problemi come la fotokeratite e danni cutanei a lungo termine mediante reazioni chimiche, piuttosto che per effetto termico. Ciò che li rende particolarmente pericolosi è che le persone non riescono a vedere i fasci luminosi. Secondo un recente controllo sulla sicurezza del 2023 nel settore fotonico, quasi la metà (circa il 42%) di tutti gli infortuni oculari registrati durante operazioni di marcatura ha coinvolto laser UV. La maggior parte degli incidenti si è verificata perché gli operatori non erano consapevoli della traiettoria dei fasci oppure non indossavano correttamente i dispositivi di protezione individuale.

Da AEL a NHZ: Mappatura della zona nominale di pericolo per la marcatura delle celle di lavoro

Determinare correttamente le zone di pericolo inizia con l’identificazione del cosiddetto Limite di Emissione Accessibile, o AEL (Accessible Emission Limit) per brevità. Questo limite deriva dalla norma ANSI Z136.1 e indica sostanzialmente il livello massimo di radiazione sicuro consentito intorno alle diverse classi di laser. Una volta noto l’AEL, esso contribuisce a definire la posizione della cosiddetta Zona Nominale di Pericolo (NHZ, Nominal Hazard Zone). Si può immaginare questa zona come un’area tridimensionale nella quale una persona potrebbe essere esposta a livelli di radiazione superiori a quelli considerati sicuri. Prendiamo ad esempio un tipico incisore laser a fibra da 50 watt: tale apparecchiatura genera spesso una zona di pericolo con un raggio di circa 1,8 metri, il che implica la necessità di misure di sicurezza quali barriere fisiche, punti di accesso chiusi a chiave o procedure di controllo rigorose. Durante la valutazione dei rischi entrano in gioco diversi fattori: occorre verificare la stabilità del fascio laser lungo il suo percorso, prestare attenzione a riflessioni impreviste su parti metalliche o utensili, considerare le condizioni di illuminazione ambientale e assicurarsi che gli operatori abbiano effettivamente compreso la formazione ricevuta. È importante ricordare che queste zone di pericolo non sono fisse per sempre. La sostituzione di obiettivi, lo spostamento dei materiali in lavorazione o l’aggiornamento di componenti del sistema ottico possono modificare radicalmente la distribuzione del fascio luminoso, arrivando talvolta ad ampliare le aree pericolose fino a tre volte, secondo quanto evidenziato da studi specifici sulla sicurezza. Per questo motivo, ogni qualvolta venga apportata una modifica all’impostazione del laser che influisca sul comportamento o sulla distribuzione della potenza del fascio, è opportuno ridisegnare le mappe delle zone di pericolo per garantire la sicurezza.

Controlli ingegneristici per una protezione robusta contro i rischi derivanti dai laser

Involucri protettivi per laser di classe 1 (LPE) ottimizzati per celle di lavoro per marcatura

Gli involucri protettivi per laser di Classe 1, o LPE (Laser Protective Enclosures) per brevità, trasformano fondamentalmente potenti sistemi laser, come i laser CO₂ di Classe 4, le fibre ottiche e le sorgenti UV, in ambienti di lavoro molto più sicuri. Ciò avviene contenendo completamente tutta la radiazione del fascio laser, sia quella diretta sia quelle fastidiose riflessioni che rimbalzano all’interno dell’ambiente. Questi involucri sono realizzati con materiali speciali progettati specificamente per diverse lunghezze d’onda: ad esempio, alluminio anodizzato con rivestimenti assorbenti per laser per applicazioni nell’infrarosso, oppure acrilico drogato utilizzato per i laser ultravioletti. L’obiettivo è garantire che le emissioni verso l’esterno rimangano ben al di sotto del limite accettabile di esposizione, indipendentemente da quanto accade durante il funzionamento. La maggior parte delle configurazioni moderne prevede sistemi di ventilazione integrati, in grado di gestire efficacemente tutti quei fumi di processo nocivi senza consentire la fuoriuscita di alcuna radiazione luminosa. E non va dimenticata neppure la finestra di osservazione: essa è dotata di filtri con densità ottica calibrata esattamente sulla lunghezza d’onda alla quale opera il laser. Alcune recenti ricerche del 2023 hanno fornito risultati particolarmente incoraggianti: gli impianti che hanno effettivamente implementato LPE di Classe 1 conformi alle norme hanno registrato una riduzione pari a quasi il 92% degli incidenti correlati ai laser rispetto alle tradizionali configurazioni a fascio aperto. Non sorprende quindi che tali involucri siano considerati attrezzature di sicurezza di livello superiore secondo standard quali IEC 60825 e ANSI Z136.1.

Interblocchi a sicurezza intrinseca, sensori di sicurezza e controllo degli accessi in tempo reale

Una buona sicurezza laser dipende in larga misura da dispositivi di protezione elettronici che funzionano anche in assenza di supervisione. Questi circuiti di interblocco cablati sono realizzati secondo gli standard SIL-2 o PLd e spegneranno istantaneamente il laser qualora qualcuno apra uno sportello dell’involucro, rimuova un pannello o prema il pulsante di arresto di emergenza. Sono inoltre previste altre misure di protezione. Tappetini sensibili alla pressione delimitano le zone non pericolose in cui le persone camminano, mentre sensori a infrarossi monitorano costantemente il percorso effettivo del fascio. Gli scanner biometrici garantiscono che solo il personale adeguatamente formato possa operare l’attrezzatura. Ciascuno di questi sistemi viene sottoposto a test approfonditi conformemente alle linee guida ANSI Z136.1, con verifiche specifiche per eventuali possibili guasti puntuali mediante test di iniezione di guasti. Gli operatori dispongono di dashboard in tempo reale che mostrano informazioni relative allo stato degli interblocchi, agli indicatori di salute dei sensori e ad altri parametri critici. Ciò consente loro di verificare che tutti i sistemi siano pronti prima dell’avviamento e di individuare tempestivamente eventuali anomalie, trasformando ciò che un tempo era semplicemente una risposta agli incidenti in un approccio nettamente più preventivo.

Selezione dei Materiali e Integrazione dei DPI Guidata dalla Conformità

Allineamento con ANSI Z136.1 e IEC 60825: Validazione dei Materiali di Protezione e delle Prestazioni

Garantire una corretta protezione laser significa lavorare con materiali che sono stati accuratamente testati secondo le linee guida ANSI Z136.1 e IEC 60825. Ma non si tratta soltanto di quanto intensamente blocchino la luce. Dobbiamo verificare anche la loro resistenza strutturale, la capacità di dissipare il calore accumulato e la stabilità chimica durante il funzionamento normale. Gli standard richiedono effettivamente che laboratori di prova indipendenti misurino l’efficacia della protezione offerta contro specifiche lunghezze d’onda, valutino la classe di resistenza al fuoco (secondo lo standard UL 94 V-0) e analizzino la durabilità del materiale dopo un prolungato utilizzo con il laser nel tempo. Prendiamo, ad esempio, le barriere in plastica realizzate in polipropilene o polietilene: quando vengono impiegate intorno a dispositivi per marcatura UV, devono possedere una certificazione specifica per biocompatibilità (ISO 10993) e conformità alla sicurezza chimica (regolamento REACH). Le custodie metalliche rappresentano invece un caso completamente diverso, poiché i produttori devono documentare le soglie di danneggiamento da laser ai livelli massimi di potenza. La maggior parte delle aziende esegue controlli di qualità rigorosi su ogni nuovo lotto di materiale prima di autorizzarne l’immissione sul campo. Simulano le condizioni reali sottoponendo i campioni a irradiazione laser continua e pulsata alla massima potenza fino al verificarsi di un guasto. Solo a questo punto il materiale viene approvato per l’installazione effettiva. Questo intero processo contribuisce a garantire che le strutture di protezione mantengano prestazioni affidabili anno dopo anno, anche in situazioni complesse come la presenza di particelle riflettenti in volo, versamenti accidentali di liquido refrigerante o variazioni continue di temperatura legate alle operazioni diurne e notturne.

Occhiali di protezione laser e protezione della pelle: valutazioni dell'OD specifiche per lunghezza d'onda e protocolli di adattamento

I DPI fungono da ultima linea di difesa contro i pericoli presenti sul luogo di lavoro, ma solo se corrispondono effettivamente ai rischi cui i lavoratori sono effettivamente esposti durante l’attività. Parlando di occhiali protettivi per laser, è fondamentale scegliere la giusta classe di densità ottica (OD). Per i laser a anidride carbonica a 10,6 micron, è necessaria almeno una protezione OD4+. I comuni laser ultravioletti richiedono invece una protezione OD6+, mentre i sistemi a fibra ottica a 1,06 micron richiedono una protezione OD5+. Questi valori non sono affatto casuali: un filtro OD4 blocca circa il 99,99% della radiazione luminosa, mentre un filtro OD6 ne blocca circa il 99,9999%. Si tratta di una differenza enorme tra livelli di esposizione sicuri e pericolosi. Anche il modo in cui l’equipaggiamento aderisce al corpo è altrettanto importante. Montature con buone guarnizioni, naselli regolabili e protezioni laterali contribuiscono a impedire che la radiazione nociva penetri attraverso eventuali fessure. I lavoratori dovrebbero sottoporsi a un controllo dell’aderenza una volta all’anno per verificare che tutto funzioni ancora correttamente. La protezione cutanea va oltre i normali guanti: chi opera in prossimità di laser di Classe 4 deve indossare abbigliamento ignifugo che copra l’intero corpo e garantisca una resistenza termica di almeno 40 calorie per centimetro quadrato, conformemente alla norma ASTM F1506. Inoltre, la norma ANSI Z136.1 specifica determinate aree del corpo che devono essere protette, come collo, polsi e zona della testa, qualora vi siano riflessi provenienti dall’alto. Infine, non dimenticate di sostituire regolarmente gli occhiali protettivi: la maggior parte dei produttori raccomanda di cambiarli ogni due anni o dopo circa 480 ore di utilizzo effettivo, a seconda di quale condizione si verifichi per prima. I filtri interni, infatti, si degradano nel tempo e le montature possono indebolirsi, pertanto rispettare questi tempi di sostituzione fa davvero la differenza per garantire la sicurezza.

Domande Frequenti

Quali classi di laser richiedono la massima protezione nel campo della marcatura industriale?

I laser a CO₂ rientrano generalmente nella Classe 4, richiedendo misure di sicurezza rigorose a causa delle radiazioni infrarosse che emettono. I laser a fibra variano dalla Classe 1 alla Classe 4, mentre i laser UV rientrano tipicamente nelle Classi 3B o 4, richiedendo una protezione significativa a causa dei rischi specifici che presentano.

Come vengono determinate le Zone Nominali di Pericolo (NHZ)?

Le NHZ vengono determinate conoscendo il Limite di Emissione Accessibile (AEL) per ciascuna classe di laser, il che consente di identificare le aree in cui le radiazioni potrebbero superare i livelli di sicurezza. Le valutazioni del rischio aiutano a mappare tali zone, tenendo conto di fattori come la stabilità del fascio e le riflessioni.

Quale ruolo svolgono i dispositivi di protezione tecnica nella sicurezza dei laser?

I dispositivi di protezione tecnica, come gli Involucri Protettivi per Laser di Classe 1 (LPE), contengono in modo sicuro le radiazioni all’interno dell’area di lavorazione. Questi dispositivi contribuiscono a trasformare sistemi laser ad alto rischio in ambienti più sicuri, contenendo sia il fascio diretto sia le riflessioni.

Perché è necessario utilizzare dispositivi di protezione individuale (DPI) specifici per la sicurezza dei laser?

I dispositivi di protezione individuale (DPI) sono essenziali poiché costituiscono l'ultima linea di difesa. Ad esempio, gli occhiali per la protezione da laser con il corretto valore di densità ottica (OD) sono fondamentali per bloccare lunghezze d’onda specifiche e garantire livelli di esposizione sicuri.