Fodaro, D. Pulitura Ceramica Con Laser. 1999

8/7/2019 Fodaro, D. Pulitura Ceramica Con Laser. 1999

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FODARO, DAVIDE (1999): La pulitura con sistema laser di alcune ceramicheconservate nel Museo Nazionale d'Arte Orientale, En "L'argilla e il tornio" catalogodella mostra in occasione della I settimana della cultura, Museo Nazionale d'ArteOrientale, Roma

La tecnologia del laser (acronimo di Light Amplification by Stimulated Emission

of Radiation, cio "amplificazione di luce per emissione stimolata della

radiazione"), dal momento in cui stata per la prima volta introdotta

(Maiman,1960) a oggi, si notevolmente evoluta. I campi applicativi sono

numerosi, dall'industria alla chirurgia, e dal 1973 ne stato sperimentato l'uso

per la rimozione di croste nere da sculture di marmo (Asmus, Murphy e

Munk,1973). Da quelle prime applicazioni se ne intuirono le potenzialit

nell'ambito del restauro dei beni culturali. In principio il laser stato

essenzialmente utilizzato per la pulitura di materiale lapideo, ma negli ultimi

anni, con la disponibilit di strumenti sempre pi sofisticati, si sono costituiti

numerosi gruppi di ricerca in tutto il mondo che ne hanno sperimentato l'uso e

gli effetti su molti altri materiali1.

La tecnologia laser basata sul principio fisico dell'emissione stimolata. Tutte le

sostanze sono costituite da ioni, atomi e molecole, che occupano stati

stazionari con caratteristici livelli energetici. Tali atomi, ioni e molecole possono

interagire con una radiazione elettromagnetica. L'interazione consiste sia

nell'assorbimento da parte della sostanza della radiazione (gli atomi costituenti

la materia passano da un livello energetico inferiore a uno superiore), sia

nell'emissione di radiazione (gli atomi passano da un livello energetico

superiore a un livello inferiore). L'emissione pu essere spontanea o stimolata.

Un'apparecchiatura laser basata su quest'ultimo fenomeno: l'emissione

stimolata di radiazioni luminose da parte di una sostanza attiva. Le sostanze

attive (solidi, gas o liquidi) utilizzate sono diverse e ognuna di esse emette

radiazioni luminose con differenti lunghezze d'onda (fig. 1). Il raggio laser viene

convogliato (in genere mediante un sistema di specchi) a un manipolo e

attraverso questo indirizzato sulla superficie dell'oggetto (fig. 2).


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Figura 1 Alcuni dei tipi pi comuni di laser

Per comprendere in che modo avviene l'azione pulente, necessario

descrivere l'interazione del raggio laser con la superficie dell'oggetto e con il

materiale sovrapposto a essa. L'ablazione (l'espulsione del materiale

sovrapposto alla superficie dell'oggetto) avviene essenzialmente attraverso due

meccanismi: ablazione fototermica e ablazione fotochimica. Nel primo caso si

ha un repentino riscaldamento del materiale colpito dal raggio laser. Il materiale

surriscaldato si espande e come conseguenza si ottiene la generazione di

stress e tensioni. In alcuni casi gli stress termoelastici generati sono sufficienti a

espellere il materiale dalla superficie dell'oggetto (fig. 3). Gli effetti dovuti al

repentino innalzamento della temperatura originato dal raggio laser sono diversi

a seconda dell'energia e dalla durata dell'impulso, e variano inoltre a causa

delle differenti caratteristiche fisiche e termiche dei materiali irraggiati. In

conservazione vengono normalmente impiegati laser che hanno una durata

dell'impulso nell'ordine dei nanosecondi. In questo modo anche raggiungendo

temperature notevoli in uno spazio di tempo estremamente breve, gli effetti del

calore indotto al substrato sono pressoch irrilevanti.


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Figura 3 Rimozione di particelle di sporco per rapida espansione termica

L'ablazione fotochimica dovuta alla presenza di fotoni emessi dai laser che

producono raggi nel campo del lontano ultravioletto. Tali particelle sono

sufficientemente potenti da rompere molti legami chimici covalenti. Le radiazioni

ultraviolette innescano una reazione chimica che provoca l'aumento di volume

dei materiali irraggiati. Il materiale estraneo viene espulso dalla superficie a

causa di quest'aumento di volume2.

Figura 4 L'efficienza dell'azione pulente pu essere aumentata applicando immediatamente prima

dell'irradiazione un leggerissimo film d'acqua

L'efficienza dell'azione pulente pu essere aumentata applicando

immediatamente prima dell'irradiazione un leggerissimo film d'acqua (Zapka,

Ziemlich e Tam, 1991). Il rapido riscaldamento dell'acqua, provocato dal raggio


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laser, origina una vaporizzazione esplosiva della stessa che amplifica in modo

significativo la rimozione dello sporco dalla superficie (fig. 4).

Dalle ormai numerose esperienze e dagli studi e ricerche in corso si evince che

il sistema laser pu essere impiegato con efficacia per la pulitura di materiali

particolarmente decoesi e deteriorati, con precisione e selettivit. Dei vari tipi

quello pi comunemente impiegato nel campo della conservazione il laser

Nd:YAG impulsato3. Questo laser, che emette radiazioni a una lunghezza

d'onda di 1064 nm (vicino infrarosso) con impulsi corti dell'ordine di 5-10 ns,

l'apparecchio pi utilizzato poich in questa banda di frequenza una gran

quantit di tipi di sporco risulta estremamente assorbente alle radiazioni e

all'opposto le superfici di molte opere d'arte sono poco assorbenti. Il modo di

emissione Q-Switch4, con impulsi di pochi nanosecondi, permette di rimuovere

efficacemente lo sporco evitando una nociva induzione di calore al substrato.

Figura 12 Rappresentazione schematica di pulitura con raggio laser divergente

Alcune ceramiche, di provenienza archeologica, conservate nel Museo

Nazionale d'Arte Orientale sono state sottoposte a pulitura mediante sistema

laser5 (figg 5-7). Sono state scelte per quest'esperimento di pulitura tre vasi.

Questi tre oggetti erano in condizioni tali da risultare particolarmente significativi

per valutare l'efficienza di questo sistema di pulitura. Si presentavano tutti in

frammenti e le superfici erano ricoperte da uno strato particolarmente

consistente di carbonati e sopra a questi, era visibile un sottile e disomogeneo


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strato di terra di scavo. Di contro il substrato ceramico risultava piuttosto

delicato perch decoeso, fragile e in un caso con un'evidente tendenza

all'esfoliazione (figg. 5-7). Inoltre gli oggetti presentavano una delicata brunitura

della superficie che, una seppur accorta pulitura meccanica, poteva rovinare inmodo irrimediabile. L'intervento iniziato effettuando dei saggi di pulitura su

due frammenti (figg. 8-11). L'ablazione laser si presta, in modo particolarmente

efficace, alla rimozione dello sporco strato dopo strato (fig. 10). I parametri su

cui si basa la pulitura con questo sistema sono: energia dell'impulso6, durata

dell'impulso7, distanza di lavoro (fig. 12). Questi tre parametri sono stati

attentamente calibrati, nel caso in questione, per ottenere il massimo

dell'efficienza nel pieno rispetto del materiale8

. Per aumentare la capacitpulente del raggio laser ci si avvalsi dell'applicazione di un sottile film di acqua

applicato alla superficie da pulire, immediatamente prima dell'irraggiamento9.

Nel caso specifico, anche se la pulitura delle superfici stata condotta a buon

fine10 (figg. 13-18), bisogna sottolineare come i tempi per completare

quest'operazione si siano allungati in modo significativo: per concludere la

pulitura di questi tre oggetti sono occorse due settimane. E' in ogni modo vero

che le ceramiche in parola sono da considerare oggetti in condizioni

conservative particolarmente difficili, in particolare per lo strato di incrostazioni,

molto consistenti e tenaci, ancorato alla superficie.

BibliografiaBibliografiaBibliografiaBibliografia

Asmus, J.F., Murphy, C.G. e Munk, W.H. (1973) Studies on the interaction of

laser radiation with art artifacts, atti del SPIE, 41, 19-27

Cooper, M. (1998) Laser cleaning in conservation, an introduction

atti del convegno LACONA I -Creta, ottobre 1995 International Institute for

Conservation of Historic and Artistic Works, Verlag Mayer, Vienna (1997)

Maiman, T.H. (1960) Stimulated optical radiation in ruby masers, Nature, 187,

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Zafiropulos, V. e Fotakis, C. (1998) Lasers in the conservation of painted

artworks in Cooper, M. (1998) Laser cleaning in conservation, an introduction

Zapka, W., Ziemlich, W. e Tam, A.C. (1991) Efficient pulsed laser removal of

0.2 m sized particles from a solid surface. Applied Physics Letters, 58 (20),

2217-19

Elenco figure, fotografie e loro didascalieElenco figure, fotografie e loro didascalieElenco figure, fotografie e loro didascalieElenco figure, fotografie e loro didascalie

Figura 2 Un laser appositamente proggettato e costruito per l'uso nel restauro

delle opere d'arte

Figura 4 L'efficienza dell'azione pulente pu essere aumentata applicando

immediatamente prima dell'irradiazione un leggerissimo film d'acqua

Figura 5 Insieme dei frammenti del bacile con ansa, prima dell'intervento

Figura 6 Insieme dei frammenti della giara con ansa, prima dell'intervento

Figura 7 Insieme dei frammenti della bottiglia a collo cilindrico svasato, prima

dell'intervento

Figura 8 Frammento della giara con ansa, prima dell'intervento

Figura 9 Frammento del bacile con ansa, prima dell'intervento

Figura 10 Frammento della giara con ansa, dopo il saggio di pulitura

Figura 11 Frammento del bacile con ansa, dopo il saggio di pulitura

Figura 13 Insieme dei frammenti del bacile con ansa, dopo la pulitura

Figura 14 Insieme dei frammenti della giara con ansa, dopo la pulitura

Figura 15 Insieme dei frammenti della bottiglia a collo cilindrico svasato, dopo la

pulitura

Figura 16 Insieme del bacile con ansa, dopo l'intervento conservativo


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Figura 17 Insieme della giara con ansa, dopo l'intervento conservativo

Figura 18 Insieme della bottiglia a collo cilindrico svasato, dopo l'intervento

conservativo

1 Per un orientamento sulle ricerche in corso e sui materiali su cui stata

utilizzata la pulitura con sistema laser si rimanda a: (atti del convegno LACONA

I), (Cooper, 1998)

2 I laser che emettono radiazioni nella banda dell'ultravioletto sono stati utilizzati

nella pulitura di superfici policrome, in particolare di dipinti. Per un orientamento

si veda: (Zafiropulos e Fotakis, 1998)

3 ND sta per neodimio che presente come impurezza in una barretta di YAG

che sta per yttrium aluminum garnet (granato di ittrio alluminio)

4 All'interno dell'apparecchiatura laser presente un otturatore. Questo

otturatore, che posto davanti alla sostanza attiva, viene aperto e chiuso molto

velocemente, cosicch tutta l'energia viene rilasciata in un impulso cortissimo

5 L'intervento di pulitura stato effettuato dalla restauratrice Anna Brunetto, il

laser impiegato ha queste caratteristiche:

Tipo di laser: ND:YAG impulsato

Modo di emissione: Q-Switch

Frequenza di ripetizione: 2-15 pps

Energia di impulso: 550 mJ

Durata dell'impulso: 5-6 s

Diametro del fascio: 7 mm

Trasporto fascio: braccio articolato a 7 specchi


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Alimentazione: 220 V, 1.5 Kw, monofase

6 Densit

Dell'Energia = __________________________________________________

(J/cm2) Area del raggio laser sulla 2)

7Misurata in s cio miliardesimi di secondo

8 L'energia d'impulso massima non stata mai utilizzata; la durata dell'impulso

impiegata non ha mai superato il valore medio; la distanza tra il raggio e la

superficie dell'oggetto stata mantenuta nella cosiddetta "finestra di sicurezza"

(fig. 12)

9 L'acqua stata applicata alla superficie utilizzando una spugna morbida

10 Una volta ultimata la pulitura stata applicata a pennello una soluzione di

resina acrilica (Paraloid B72 sciolto al 3% in acetone). Successivamente gli

oggetti sono stati ricomposti utilizzando una resina polivinil-butirralica (Mowital

B60H) disciolta in alcol.


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