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Décryptage

Le laser à fibre s’impose en micro-usinage

Posté le par La rédaction dans Innovations sectorielles

Alors que les puissances disponibles augmentent, le laser à fibre concurrence de plus en plus les lasers Nd:YAG dans le domaine des microtechniques pour des applications de soudage, de découpe ou de micro-perçage de matériaux, métalliques ou non métalliques. 

Jusqu’à présent considéré comme le domaine de prédilection des lasers Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet) en impulsions, le marché du micro-usinage de précision s’ouvre dorénavant aux lasers à fibres. En effet, les récents développements en termes de puissance disponible (de 10 à 400 W chez SPI Lasers) et de qualité du mode de propagation du faisceau permettent de réaliser de façon fiable des applications de soudage, de découpe ou de micro-perçage de matériaux métalliques ou non métalliques. En conséquence, ces nouvelles sources offrent une alternative efficace aux outils conventionnels en apportant  une amélioration des performances grâce à une maintenance quasi nulle, une excellente qualité de faisceau, constante quelque soit la puissance du laser, et un faible coût de fonctionnement. Les lasers à fibres travaillent avec une « lumière » infrarouge (longueur d’onde d’1,07 µm) pratiquement identique à celle des lasers Nd:YAG, mais offrent un rendement énergétique 10 fois supérieur. Cette longueur d’onde, proche du spectre visible, permet l’utilisation de composants optiques standards en verre ou en quartz mais l’exceptionnelle qualité du faisceau issu d’un laser à fibre autorise la focalisation de spots de très petites dimensions tout en conservant de grandes distances de travail. Par ailleurs, ces systèmes ne sont pas concernés par le phénomène de lentille thermique inhérent au cristal de Nd:YAG, ce qui permet de conserver un diamètre de spot constant quelle que soit la puissance avec laquelle travaille le laser. L’intégration sur une ligne de production s’en trouve donc grandement facilitée, de même que  la conception des centres d’usinage.

Trois types d’utilisation

  • La découpe fine est la première des applications industrielles du domaine du micro-usinage dans laquelle les lasers à fibre ont été implantés. La finesse du spot associée à une importante productivité en font aujourd’hui l’outil de choix pour la fabrication de stents ou de cathéters mais on trouve également ces lasers dans l’électronique pour la production de substrats d’alumine ou d’écrans de sérigraphie quand les cadences sont élevées. En ce qui concerne les applications de découpe à plat, ces lasers vont repousser les limites des lasers à CO2 dans la mesure ou l’on pourra travailler sur des métaux comme l’aluminium ou le cuivre et utiliser de l’air comprimé comme gaz d’assistance pour les aciers.
  • Le soudage est certainement l’application qui est appelée à se développer le plus dans les années à venir, tant la variété relative au domaine est importante. On connaît, depuis longtemps déjà, la façon dont se comportent la plupart des métaux lorsqu’ils sont soumis à une forte radiation. Ceci a permis d’adapter la répartition temporelle de l’énergie des impulsions, de façon à améliorer la qualité et la répétabilité des soudures. Là encore, l’extrême facilité avec laquelle on peut moduler le courant des diodes assurant le pompage optique des lasers à fibre rend cet outil incontournable pour l’assemblage de pièces en miro-mécanique.
  • Autres applications des lasers à fibre, les opérations de perçage et de  pré-découpe qui consistent à réaliser la perforation d’un substrat avec des trous débouchants ou non débouchants de manière à fragiliser le matériau en créant une ligne de fracture. Il suffit ensuite d’appliquer une force suffisante sur le substrat pour effectuer une opération de découpe par cassage. Cette technique est également utilisée par l’industrie automobile pour la fabrication des bielles. Disposant d’une cadence de répétition élevée (100 kHz), les lasers à fibres sont des systèmes parfaitement adaptés à ces applications.

En résumé, les applications croissantes et de plus en plus exigeantes du domaine des microtechniques et de la micromécanique sont en train d’installer le laser à fibre au premier plan des outils à  la disposition de ce secteur industriel en pleine croissance.

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