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Qu’est-ce que l’usinage au laser?Qu’est-ce que l’usinage au laser?

  26 Oct , 2020         Chris         7899

L’usinage au laser est l’application la plus courante des systèmes laser.En fonction du mécanisme d’interaction entre le faisceau laser et le matériau, l’usinage par laser peut être subdivisé en un traitement thermique par laser et un tra

   L’usinage au laser est l’application la plus courante des systèmes laser.En fonction du mécanisme d’interaction entre le faisceau laser et le matériau, l’usinage par laser peut être subdivisé en un traitement thermique par laser et un traitement par réaction photochimique.Par traitement thermique par laser, on entend les procédés de soudage au laser, de découpage au laser, de finition au laser, de marquage au laser, de forage au laser et de microtraitement utilisant les effets thermiques des rayons laser projetés sur la surface du matériau.Le traitement photochimique est le processus de traitement par lequel une réaction photochimique est initiée ou contrôlée par un photon à haute énergie d’un faisceau laser à haute densité qui éclaire un objet.

 

   Le traitement par laser consiste à utiliser l’énergie de la lumière pour atteindre une densité d’énergie élevée au point de focalisation après focalisation de la lentille et à utiliser l’effet photothermique pour le traitement.L’usinage au laser n’exige pas de couteaux, il est rapide, la surface est peu déformée et il est possible d’usiner une grande variété de matériaux.Les lasers sont utilisés pour l’usinage de divers matériaux, tels que le forage, la coupe, le décapage, le soudage, le traitement thermique, etc.Certaines substances de niveau métastable, excitées par des photons étrangers, absorbent l’énergie de la lumière, de sorte que le nombre d’atomes de niveau élevé est supérieur au nombre d’atomes de niveau inférieur — le nombre de particules est inversé.Si un faisceau de lumière éclaire un photon dont l’énergie est égale à la différence entre ces deux énergies, un rayonnement stimulé est produit et une grande quantité d’énergie lumineuse est émise.

 

 

Découpage par laser

La technique de coupe par laser est largement utilisée dans l’usinage de matériaux métalliques et non métalliques, ce qui permet de réduire considérablement les temps d’usinage, de réduire les coûts d’usinage et d’améliorer la qualité des pièces.Le découpage par laser est réalisé en utilisant une énergie de haute densité de puissance produite après focalisation du laser.Par rapport aux méthodes traditionnelles d’usinage des tôles, le procédé de coupe par laser présente les avantages suivants: qualité de coupe élevée, vitesse de coupe élevée, grande souplesse (possibilité de découper n’importe quelle forme), grande adaptabilité des matériaux.

(1) coupe par fusion laser

Dans le cas d’une coupe par fusion laser, la pièce est fondue localement et le matériau fondu est pulvérisé à l’aide d’un courant d’air.Étant donné que le transfert du matériau ne se fait que dans sa phase liquide, le procédé est appelé coupe par fusion laser.

Le faisceau laser, équipé d’un gaz de coupe inerte de haute pureté, provoque la sortie du matériau fondu de la veine, sans que le gaz lui-même participe à la coupe.La coupe par fusion laser permet d’obtenir des vitesses de coupe plus élevées que la coupe par gazéification.L’énergie nécessaire à la gazéification est généralement supérieure à celle nécessaire à la fusion des matières.Dans le cas du découpage par fusion laser, le faisceau laser n’est que partiellement absorbé.La vitesse maximale de coupe augmente avec la puissance du laser et diminue presque inversement avec l’épaisseur de la tôle et la température de fusion du matériau.Pour une puissance laser donnée, les facteurs limitatifs sont la pression d’air au point de coupe et la conductivité thermique du matériau.La coupe par fusion laser permet d’obtenir des entailles sans oxydation pour les matériaux en fer et en titane.

(2) découpage à la flamme au laser

La différence entre la coupe par flamme au laser et la coupe par fusion au laser réside dans l’utilisation de l’oxygène comme gaz de coupe.A l’aide de l’interaction entre l’oxygène et le métal chauffé, une réaction chimique se produit pour réchauffer encore le matériau.Pour des aciers de construction de même épaisseur, les vitesses de coupe obtenues par cette méthode sont plus élevées que celles obtenues par fusion.En revanche, la qualité de l’entaille est moins bonne que celle du découpage par fusion.En fait, il produit des coupes plus larges, une rugosité plus marquée, une augmentation de la zone affectée par la chaleur et une qualité plus faible des bords.Le découpage au laser à la flamme est mauvais pour les modèles de précision et les coins aigus (risque de brûler les coins aigus).Les lasers en mode pulsé peuvent être utilisés pour limiter les effets thermiques.La puissance du laser utilisé détermine la vitesse de coupe.Pour une puissance laser donnée, les facteurs limitatifs sont l’apport d’oxygène et la conductivité thermique du matériau.

(3) coupe par gazéification laser

Au cours de la coupe par gazéification laser, le matériau est gazéifié au point de coupe, ce qui nécessite une puissance laser très élevée.

Pour éviter la condensation de la vapeur dans la paroi de coupe, l’épaisseur du matériau ne doit pas dépasser sensiblement le diamètre du faisceau laser.Cette transformation ne peut donc être utilisée que dans la mesure où il faut éviter l’exclusion des matières fondues.En fait, ce traitement n’est utilisé que dans des domaines où les alliages à base de fer sont très peu utilisés.

Le traitement ne peut être utilisé, comme pour le bois et certaines céramiques, pour les matériaux qui ne sont pas à l’état de fusion et qui, par conséquent, ne sont pas susceptibles de récondenser la vapeur de la matière.En outre, ces matériaux doivent généralement atteindre des entailles plus épaisses.Dans le cas du découpage par gazéification laser, la focalisation optimale du faisceau dépend de l’épaisseur du matériau et de la qualité du faisceau.La puissance du laser et la chaleur de gazéification n’ont qu’une influence limitée sur l’emplacement optimal du point focal.La densité de puissance du laser requise est supérieure à 108W/cm2 et dépend du matériau, de la profondeur de coupe et de la position du point focal du faisceau.Pour une épaisseur de tôle donnée, la vitesse maximale de coupe est limitée par la vitesse du jet de gaz, en supposant une puissance laser suffisante.

 

Soudage au laser

Sur l’utilisation de la technologie laser matériel de soudage au laser des aspects importants du soudage relèvent de la conduction thermique, connu sous le nom de rayonnement laser à la surface de la pièce de chauffage chaleur par conduction thermique de surface interne, en contrôlant la largeur, énergie émise en impulsions laser, la puissance des pics et fréquence de répétition des paramètres tels que la pièce de fusion, bain spécifiques.En raison de ses avantages uniques, il a été utilisé avec succès dans le soudage de petites et moyennes pièces.Par rapport aux autres techniques de soudage, les principaux avantages du soudage au laser sont la vitesse de soudage rapide, la profondeur et la faible déformation.Le soudage peut être effectué à la température ambiante ou dans des conditions spéciales, et les équipements de soudage sont simples.

 

Forage à laser

A mesure que l’électronique évolue vers la miniaturisation portable, la miniaturisation des cartes de circuits est de plus en plus sollicitée, et la clé pour augmenter le niveau de miniaturisation des cartes de circuits réside dans une largeur de ligne de plus en plus étroite et des trous miniaturisés et aveuglés de plus en plus petits entre les différentes couches de lignes.Les forages mécanisés classiques, dont la taille minimale n’est que de 100 micromètres, ne répondent manifestement plus aux besoins, et ont été remplacés par un nouveau procédé miniaturisé par laser.L’usinage au laser CO2 permet d’obtenir industriellement des trous de diamètre de 30 à 40 microns ou des trous de 10 microns environ avec un laser UV.Dans le monde entier, la recherche sur le laser dans le domaine de la microfabrication des cartes de circuits et du formage direct des cartes de circuits est devenue une priorité pour les applications de l’usinage au laser.

Perforation par laser

La perforation peut être effectuée à l’aide d’un laser à impulsions d’une largeur d’impulsion comprise entre 0,1 et 1 ms et est particulièrement adaptée à la perforation de microporosités et de trous profilés, dont la taille est d’environ 0,005 à 1 mm.Le percement au laser a été largement utilisé pour le traitement de pièces telles que les roulements de pierres précieuses pour horloges et compteurs, les moules d’étirage de diamant et les têtes de pulvérisation de fibres chimiques.Dans les secteurs de la construction navale et de la construction automobile, les lasers CO2 continus de la classe du milliwatt à du milliwatt sont souvent utilisés pour découper des pièces de grande taille, ce qui garantit à la fois une forme de courbe spatiale précise et un rendement de traitement élevé.Les lasers solides ou les lasers CO2 de faible et moyenne puissance sont couramment utilisés pour la coupe de petites pièces de travail.En microélectronique, on utilise souvent le laser pour couper des plaquettes de silicium ou pour couper des fissures étroites, avec une vitesse élevée et une faible zone affectée par la chaleur.Il est possible, à l’aide d’un laser, de graver ou de marquer la pièce sur la ligne de collecte sans affecter la vitesse de la ligne de collecte, et les caractères ainsi marqués peuvent être conservés en permanence.

 

Perforation par laser

La perforation peut être effectuée à l’aide d’un laser à impulsions d’une largeur d’impulsion comprise entre 0,1 et 1 ms et est particulièrement adaptée à la perforation de microporosités et de trous profilés, dont la taille est d’environ 0,005 à 1 mm.Le percement au laser a été largement utilisé pour le traitement de pièces telles que les roulements de pierres précieuses pour horloges et compteurs, les moules d’étirage de diamant et les têtes de pulvérisation de fibres chimiques.Dans les secteurs de la construction navale et de la construction automobile, les lasers CO2 continus de la classe du milliwatt à du milliwatt sont souvent utilisés pour découper des pièces de grande taille, ce qui garantit à la fois une forme de courbe spatiale précise et un rendement de traitement élevé.Les lasers solides ou les lasers CO2 de faible et moyenne puissance sont couramment utilisés pour la coupe de petites pièces de travail.En microélectronique, on utilise souvent le laser pour couper des plaquettes de silicium ou pour couper des fissures étroites, avec une vitesse élevée et une faible zone affectée par la chaleur.Il est possible, à l’aide d’un laser, de graver ou de marquer la pièce sur la ligne de collecte sans affecter la vitesse de la ligne de collecte, et les caractères ainsi marqués peuvent être conservés en permanence.

 

Traitement thermique par laser

La fusion et la recristallisation de la surface du matériau peuvent être obtenues par irradiation au laser, en choisissant une longueur d’onde appropriée et en contrôlant la durée d’exposition et la densité de puissance.Les avantages du traitement thermique au laser sont la possibilité de contrôler la profondeur du traitement thermique, le choix et le contrôle des parties du traitement thermique, la faible déformation de la pièce, le traitement des pièces et pièces de forme complexe, le traitement des parois intérieures des trous aveugles et des trous profonds.Par exemple, la durée de vie du piston d’un cylindre peut être prolongée par un traitement thermique au laser;Matériaux en silicium pour lesquels les dommages causés par le bombardements ionique peuvent être récupérés par un traitement thermique au laser.Les applications de l’usinage au laser ne cesseront de se développer, par exemple en fabriquant des circuits intégrés à grande échelle au laser sans agents anticorrosifs, en utilisant des procédés simples et en permettant un traitement de gravure à haute précision de motifs jusqu’à 0,5 micron, ce qui augmente considérablement l’intégration.En outre, de nouveaux procédés tels que l’évaporation par laser, la fusion par laser et le dépôt par laser sont en cours de développement.

 

Applications laser

Les lasers, caractérisés par une bonne directivité, une grande luminosité, une bonne monochromicité et une forte densité d’énergie, ont été largement utilisés dans la production industrielle, les communications, le traitement de l’information, la santé, l’armée, la culture et l’éducation, ainsi que dans la recherche scientifique.


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