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1 - GÉNÉRALITÉS

2 - TRAITEMENT THERMIQUE

3 - TRAITEMENTS THERMIQUES AVEC APPORT DE MATIÈRE

4 - TRAITEMENTS PHOTOCHIMIQUES

5 - TRAITEMENTS MÉCANIQUES

6 - PERSPECTIVES

7 - CONCLUSION

| Réf : M1643 v1

Perspectives
Application des lasers aux traitements de surface

Auteur(s) : Patricia LAURENS, Catherine DUBOUCHET, Didier KECHEMAIR

Date de publication : 10 oct. 1996

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Auteur(s)

  • Patricia LAURENS : Docteur de l’Université Paris VI - Chargé de recherche du CNRS au Laboratoire d’application des lasers de puissance – Unité mixte ETCA – CNRS (LALP)

  • Catherine DUBOUCHET : Docteur de l’Université Paris XI - Ingénieur de recherche chez Peugeot-Citroën (PSA)

  • Didier KECHEMAIR : Ingénieur de l’École polytechnique - Docteur de l’Université Paris XI - Chef du Département « espace et techniques avancées » au ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Ancien Directeur adjoint du Laboratoire d’application des lasers de puissance (LALP)

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INTRODUCTION

Le laser utilisé comme outil pour induire des transformations dans les matériaux, notamment dans le domaine des traitements de surface, est une technologie innovante « jeune ». Si l’essentiel des idées d’utilisation des effets de l’interaction laser – matériaux sont avancées depuis près de vingt ans, leur mise en pratique sur des sites de production industrielle nécessite, d’une part d’améliorer la compatibilité de la technologie des sources et des systèmes avec les contraintes liées au monde industriel (fiabilité, maintenance, formation des équipes, baisse du coût des sources,...), et d’autre part de poursuivre les efforts en vue de la maîtrise des applications (connaissances des phénomènes de base, élaboration de cahier des charges de système laser, méthodes de contrôle et d’assurance qualité...). Enfin, le transfert nécessite également une adaptation et une maturation des acteurs industriels. C’est effectivement cette maturité de l’offre, des connaissances scientifiques et de la demande qui marque l’évolution actuelle de la diffusion des applications des lasers de puissance dans l’industrie.

Le marché mondial des ventes de sources laser, après une très forte croissance dans les années 80, se caractérise aujourd’hui par une stabilisation, qu’il convient d’interpréter comme un indicateur de maturité. Le marché des sources laser en vue d’applications industrielles aux transformations des matériaux ne représente que 20 à 25 % du marché total des sources ; néanmoins, il génère un marché de systèmes intégrant une source laser dont le volume est 4 à 5 fois supérieur. Les applications à la découpe, au perçage et au marquage sont les plus développées. Le domaine du soudage est actuellement celui pour lequel les efforts de transfert vers l’industrie sont les plus intenses. Les applications aux traitements de surface (hors marquage) ne représentent encore qu’un très faible pourcentage des installations industrielles mais leur potentiel de développement apparaît cependant important ; elles font l’objet de nombreuses recherches en laboratoire. Ces applications devraient en effet conduire à terme à une optimisation des propriétés des matériaux avec un coût d’élaboration modéré et à une optimisation des gammes de fabrication en profitant des capacités de traitements localisés pouvant intervenir en fin de gamme. Comme exemple de transferts industriels de traitements de surface par laser, on peut citer, entre autres, les traitements avec apport de poudre sur les encoches de chapeaux d’aubes de turbines [2] ou de sièges de soupapes pour moteur automobile [3]. Pour développer les applications des lasers de puissance aux traitements de surface, il apparaît nécessaire de poursuivre les efforts :

  • en menant une recherche de base prenant étroitement en compte les enjeux et exigences industriels. Ces dernières peuvent être sévères si le traitement doit être réalisé en fin de gamme sur un produit à forte valeur ajoutée (exemple de la refusion des arbres à cames dans le secteur automobile pour lequel le laser se présente comme une alternative possible au procédé TIG) ;

  • en informant les ingénieurs concepteurs que le succès du transfert de la technologie nécessite de prendre en compte, dès la phase de conception des pièces, les spécificités de la technologie laser.

Le présent article présente dans cet esprit un panorama des possibilités de traitements de surface par laser en insistant à la fois sur les recherches en cours et sur les possibilités d’applications connues dans différents secteurs industriels (aéronautique, automobile, construction mécanique,...).

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m1643


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6. Perspectives

La variété des effets induits lors de l’interaction laser-matière ouvre la voie à de nombreuses applications des procédés laser dans le domaine des traitements de surface.

Dans le domaine des traitements thermiques et thermochimiques par laser CO2 , la connaissance des phénomènes de base et la technologie des sources sont relativement bien maîtrisées. Les travaux doivent maintenant s’orienter vers le contrôle, la régulation et l’automatisation de procédé. Soulignons néanmoins que les progrès en cours des technologies YAG et diode laser pourraient faire évoluer ces traitements vers une diversification des sources utilisées.

Les traitements thermiques, mécaniques ou photochimiques utilisant des sources à excimère ou à solides sont des procédés plus novateurs utilisant des sources dont la technologie évolue. Les perspectives de développement sont alors liées, d’une part aux évolutions technologiques des sources (cas typique, le choc laser, pour lequel il n’existe aujourd’hui aucune source adaptée aux exigences industrielles), et d’autre part aux progrès des études et de la mise au point du procédé. Dans le domaine du choc laser, les travaux ont essentiellement porté sur l’amélioration des propriétés d’endurance des matériaux ; des solutions à des problèmes tribologiques, ou de tenue à la corrosion devraient également émerger. Les potentialités des traitements par laser excimère sont également vastes. L’avantage de cette technique réside dans l’aspect très localisé du traitement avec des effets thermiques réduits. Cette technique devrait trouver un essor rapide dans les applications pour lesquelles il faut procéder à un traitement « chirurgical » couche par couche sans altération du substrat (décapage de peinture, du nettoyage de surface « fragile »). Enfin, il apparaît également que la combinaison de traitements thermiques et mécaniques, même si elle n’est actuellement pas viable industriellement, soit une ouverture combinant les potentialités des deux traitements.

Le développement d’applications industrielles de procédés laser nécessite une étape de mise en concurrence avec les procédés classiques. Le bilan technico-économique ne doit pas uniquement considérer la comparaison des procédés en vue d’une transformation donnée, mais également tenir compte d’éléments...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  Laser Focus World « Annual review of the laser market » publié dans chaque premier numéro annuel.

  • (2) - KERRAND (E.), CARIOU (F.) -   Procédé laser de dépôt pour application à des aubes de turbines à gaz.  -  Bulletin de liaison no 9, éd. par le Club Laser de Puissance, p. 17 (1992).

  • (3) - MIKAME (K.) -   Application of laser material processing in Toyota Motor corporation.  -  Proceed. LAMP’92, vol. 2, Nagaoka – Japon, p. 947 (1992).

  • (4) - JENNY (S.) -   Diode pumping expands market for solid state lasers.  -  Laser Focus World, p. 121 (juin 1994).

  • (5) - TÖNSHOFF (H.K.) et coll -   Diode Laser for Materials Processing.  -  J. de Phys. IV, 4, Colloque C4, Supplément au Journal de Physique III, p. C4-59 (août 1994).

  • (6) - PROKHOROV (A.M.), KONOV (V.I.),...

ANNEXES

  1. 1 Organismes

    1 Organismes

    Club Laser et procédés (CLP) http://www.laserap-clp.com

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