La technologie laser est apparue au milieu du 20e siècle. Au fil des ans, grâce au travail acharné et au dévouement de générations de scientifiques et de techniciens, la technologie laser a évolué et s'est affinée. Depuis ses premiers stades de développement jusqu'à son application pratique dans divers domaines, la technologie laser a connu une croissance et un succès considérables. Au XXIe siècle, [...]
La technologie laser est apparue au milieu du 20e siècle. Au fil des ans, grâce au travail acharné et au dévouement de générations de scientifiques et de techniciens, la technologie laser a évolué et s'est affinée. Depuis ses premiers stades de développement jusqu'à son application pratique dans divers domaines, la technologie laser a connu une croissance et un succès considérables.
Au 21e siècle, la technologie laser, en particulier traitement au laser Cette technologie, appliquée au domaine industriel, a acquis une grande popularité et a eu un impact économique et social considérable. Elle a contribué à l'avancement des sciences naturelles et de la technologie et à la progression de l'économie sociale.
La technologie du traitement laser, comme le montre la figure 1, crée un faisceau laser à haute densité d'énergie en concentrant l'énergie de la lumière à travers une lentille. Cette technologie utilise les propriétés uniques de l'interaction entre le faisceau laser et le matériau à diverses fins, notamment la découpe, le soudage, traitement de surfaceL'entreprise est en mesure d'effectuer des travaux d'usinage, de poinçonnage et de micro-usinage sur des matériaux métalliques et non métalliques.
Fig.1 Schéma du traitement au laser
En tant que technologie de fabrication de pointe, le traitement laser est largement utilisé dans des secteurs tels que l'automobile, l'électronique, l'aviation, la métallurgie et la fabrication de machines. Elle joue un rôle crucial dans l'amélioration de la qualité des produits, l'augmentation de la productivité du travail, la promotion de l'automatisation et la réduction de la pollution et de la consommation de ressources.
Parmi les différentes applications, la découpe au laser, le marquage au laser et le marquage au laser sont les plus courants. soudage au laser sont les plus couramment utilisés.
Les techniques de coupe traditionnelles, telles que coupe au gazLes techniques de découpe, d'usinage, de découpage et de découpe au plasma ont toutes leurs limites. Bien qu'elles offrent des vitesses de coupe élevées et la possibilité de couper des matériaux plus épais, la précision de la découpe au plasma est limitée. taille de coupe est souvent médiocre. Il en résulte des coûts de coupe plus élevés et des frais de traitement supplémentaires.
L'usinage par enlèvement de copeaux offre une grande précision, mais son coupe lente limite sa capacité à découper des courbes complexes. En outre, une perte importante de matériau se produit pendant la coupe.
La découpe à blanc est plus efficace et plus rentable, mais sa qualité de traitement est limitée et son champ d'application est restreint. La qualité de la découpe est médiocre, surtout lorsqu'il s'agit de traiter des tôles épaisses et des formes courbes complexes.
Tandis que découpe au plasma est plus efficace, elle produit une meilleure section de coupe que les autres méthodes, mais sa précision de coupe est limitée au millimètre. Elle ne convient donc qu'à l'usinage d'ébauche et de semi-finition.
Fig.2 Découpe au laser
Par rapport à la technologie de découpe traditionnelle, les avantages de la technologie de découpe au laser (figure 2) sont évidents :
Les avantages de la découpe au laser sont particulièrement visibles lors de l'usinage des courbes. Par rapport à la découpe à blanc, la surface produite par la découpe au laser est lisse et ne présente pas de marques de lame évidentes sur les pièces courbes. En outre, comme la plaque reste immobile pendant l'usinage, elle élimine le risque de rayures causées par les mouvements.
La découpe au laser consiste à diriger un faisceau d'électrons à haute intensité vers une source d'énergie.laser à densité de puissance sur la pièce, provoquant la fusion, la vaporisation, l'ablation ou l'inflammation rapide du matériau. La pièce est ensuite découpée en soufflant le matériau fondu à l'aide d'un flux d'air à grande vitesse le long du même axe que le faisceau.
La découpe laser est considérée comme l'une des méthodes de découpe thermique.
La découpe laser peut être divisée en quatre catégories :
(1) Découpe par vaporisation laser
La vaporisation laser est un processus au cours duquel la pièce est chauffée par un faisceau laser à haute densité d'énergie. La température du matériau augmente rapidement et atteint le point d'ébullition en peu de temps, ce qui entraîne la vaporisation du matériau et la formation de vapeur. La vapeur est rapidement expulsée, ce qui provoque une incision dans le matériau. Cette méthode est principalement utilisée pour découper des métaux extrêmement fins et des matériaux non métalliques.matériaux métalliques.
(2) Découpe par fusion laser
Dans la découpe par fusion laser, le matériau métallique est fondu par chauffage laser. Un gaz non oxydant, tel que Ar, He ou N2, est ensuite pulvérisé à partir de la buse dans le même axe que le faisceau. Le métal liquide est expulsé par la forte pression du gaz, créant ainsi une incision. Cette méthode ne nécessite que 1/10 de l'énergie nécessaire à la vaporisation, car le métal ne doit pas être complètement vaporisé. Elle est principalement utilisée pour couper des métaux non oxydables ou actifs, tels que l'acier inoxydable, titanel'aluminium et les alliages.
(3) Oxycoupage au laser
L'oxycoupage au laser fonctionne selon un principe similaire à celui de l'oxycoupage à l'acétylène. Le laser est utilisé comme source de préchauffage et l'oxygène ou d'autres gaz actifs sont utilisés comme gaz de coupe. Le gaz produit par le jet réagit à l'oxydation en générant une grande quantité de chaleur. L'oxyde fondu et le matériau fondu sont expulsés de la zone de réaction, ce qui provoque une incision dans le métal. L'oxycoupage au laser ne nécessite que la moitié de l'énergie nécessaire à l'oxycoupage par fusion, mais sa vitesse de coupe est beaucoup plus rapide. Il est principalement utilisé pour découper l'acier au carbone, l'acier au titane, l'acier de traitement thermique et d'autres matériaux métalliques facilement oxydables.
(4) Traçage au laser et contrôle des ruptures
Dans le marquage au laser, un laser à haute densité énergétique balaie la surface de matériaux fragiles, chauffant le matériau pour former une petite rainure. L'application d'une pression provoque la fissuration du matériau fragile le long de la rainure. Parmi les trois premières méthodes de découpe mentionnées, le marquage au laser et le contrôle de la rupture sont moins couramment utilisés.
Actuellement, la découpe laser est la plus efficace pour découper le métal noir, avec une vitesse de découpe rapide et la capacité de découper une épaisseur de 20 mm ou plus. Toutefois, en raison de l'effet de réflexion de la structure moléculaire des métaux non ferreux sur le faisceau laser, l'effet de coupe sur ces matériaux est légèrement plus faible. La machine doit être équipée d'un réflecteur.
Selon les statistiques, l'épaisseur maximale qui peut être découpée pour alliages d'aluminium n'est pas supérieur à la moitié de celui du métal noir, et l'effet de coupe sur les alliages de cuivre, en particulier le cuivre, est encore pire.
Le cœur de la technologie de découpe laser est le générateur laser, qui se présente sous deux formes : le laser CO2 et le générateur laser à fibre.
Générateur laser CO2 : Le générateur de laser CO2 est généré par la décharge d'un mélange de CO2, He et N2 dans la cavité laser sous haute pression. Ce processus excite les atomes du mélange et libère de l'énergie, qui est ensuite émise sous forme de photons ou d'électrons pour créer le laser. Le laser émis par le laser CO2 est une lumière visible, qui peut causer de légers dommages à la rétine et à la peau. Il est donc conseillé aux opérateurs de porter des lunettes de protection lorsqu'ils l'utilisent.
Générateur de laser à fibre : Un générateur de laser à fibre utilise une fibre de verre dopée avec des éléments de terre rare comme support de gain. Sous l'action de la lumière de pompage, une densité de puissance élevée peut être facilement formée dans la fibre optique, ce qui provoque le niveau d'énergie laser de la substance de travail pour inverser le nombre de particules. Une boucle de rétroaction positive est ajoutée pour former la sortie de l'oscillateur laser. La sortie n'est pas une lumière visible, qui peut causer de graves dommages à la rétine et à la peau ; l'opérateur doit donc porter des lunettes de protection spéciales pendant le fonctionnement.
Le laser CO2 a une structure de chemin optique plus complexe et une perte de lentille optique plus importante, avec des exigences environnementales plus élevées (moins de poussière). La machine doit être isolée des foyers de tremblements de terre et conservée dans un environnement sec et à température constante. Le laser à fibre, quant à lui, a une structure de chemin optique simple et des exigences environnementales moindres (tolérance élevée à la poussière, aux vibrations, aux chocs, à la température et à l'humidité). Le laser à fibre est plus rapide pour la découpe de plaques minces, tandis que le laser CO2 est plus puissant pour la découpe de plaques épaisses. Le laser CO2 ne peut pas découper des plaques de métal à haute réflexion, mais le laser à fibre peut découper des plaques de cuivre minces.
Le soudage au laser (figure 3) est un domaine important de la technologie laser.
Fig.3 Soudage au laser
Le soudage au laser est un nouveau type de soudage qui utilise des impulsions laser à haute énergie pour chauffer de petites zones du matériau. L'énergie de l'impulsion laser est utilisée pour chauffer de petites zones du matériau. rayonnement laser se diffuse par conduction thermique dans le matériau, le faisant fondre et formant un bain de fusion spécifique. Cette méthode est principalement utilisée pour le soudage de matériaux à parois minces et de pièces de précision. les types de soudage tels que le soudage par points, le soudage bout à bout, le soudage en tas et le soudage d'étanchéité.
Les principales caractéristiques sont les suivantes
Le soudage au laser est largement utilisé dans divers domaines, notamment dans la fabrication de trains à grande vitesse et d'automobiles, en raison de ses nombreux avantages. Ces avantages sont les suivants
(1) Apport de chaleur minimal, avec une faible variation métallographique dans la zone d'effet thermique et une déformation minimale causée par la conduction de la chaleur.
(2) La capacité de confirmer et de réduire le temps nécessaire à l'épaississement de la couche d'ozone. soudage de plaqueset élimine même le besoin de métal d'apport.
(3) Il n'est pas nécessaire d'utiliser des électrodes et il n'y a pas de risque de contamination ou d'endommagement. En outre, il n'appartient pas à l'équipe de contact. processus de soudageLe système de fixation est conçu de manière à minimiser les pertes et les déformations de l'appareil.
(4) Le faisceau laser peut être facilement focalisé, aligné et guidé par des instruments optiques, avec la possibilité de le placer à une distance appropriée de la pièce à usiner et de le rediriger autour des obstacles.
(5) La capacité de placer la pièce à travailler dans des espaces clos contrôlés par un vide ou un environnement gazeux interne.
(6) Le faisceau laser peut être focalisé sur de petites zones, ce qui le rend idéal pour le soudage de petites pièces espacées.
(7) Capable de souder une large gamme de matériaux et d'assembler divers matériaux hétérogènes.
(8) Facile à souder rapidement et automatiquement, ou contrôlé par la technologie numérique ou informatique.
(9) Lors du soudage d'un matériau fin ou d'un fil de faible diamètre, le soudage ne sera pas aussi facile que celui d'un fil de cuivre. soudage à l'arc.
(10) Non affecté par les champs magnétiques et capable d'aligner avec précision les pièces à souder.
(11) Capacité à souder deux métaux ayant des propriétés différentes, telles que des résistances différentes.
(12) La capacité d'atteindre un rapport de soudure en profondeur de 10:1 en soudage par perforation.
(13) La possibilité de transférer le faisceau laser vers plusieurs postes de travail.
En raison de ces caractéristiques, le soudage au laser est largement utilisé dans le domaine de la construction de véhicules civils.
Le soudage au laser est le principal procédé de soudage dans la fabrication des trains à grande vitesse et des automobiles.
Malgré ses avantages, le soudage au laser présente également plusieurs inconvénients qu'il convient de prendre en compte. Ces inconvénients sont les suivants :
(1) La nécessité d'un positionnement précis des pièces à souder dans la zone de focalisation du faisceau laser.
(2) La nécessité d'utiliser des pinces qui garantissent que la position finale de la soudure est alignée avec le point de soudure qui sera touché par le faisceau laser.
(3) Épaisseur maximale soudable limitée, le soudage au laser ne convenant pas aux matériaux dont l'épaisseur de pénétration dépasse 19 mm.
(4) L'impact du soudage au laser sur les propriétés des matériaux à haute réflectance et à haute conductivité thermique tels que l'aluminium, le cuivre et les alliages.
(5) L'utilisation d'un contrôleur de plasma pour éliminer les gaz ionisés autour du bain de fusion lors du soudage par faisceau laser à haute énergie.
(6) Faible rendement de conversion énergétique, généralement inférieur à 10%.
(7) La solidification rapide de la cordon de soudure qui peut conduire à la porosité et à la fragilisation.
(8) Coût élevé.
Le coût élevé de l'équipement de soudage au laser constitue une limitation importante et restreint son utilisation à grande échelle.
La gravure au laser consiste à utiliser un faisceau laser à haute densité énergétique contrôlé par un ordinateur pour faire fondre ou vaporiser instantanément la surface d'un produit, créant ainsi le texte ou le logo souhaité, comme le montre la figure 4.
Fig.4 Lettrage au laser
La gravure laser est également appelée marquage laser.
Caractéristiques du laser marquage :
La gravure laser permet de marquer des chiffres, des lettres, des caractères chinois, des images graphiques, des codes-barres, etc.
La gravure laser est une méthode de marquage avancée et largement utilisée, qui convient parfaitement à la production moderne à grande vitesse.
Comme le montre le tableau 1, une comparaison des différentes techniques de marquage révèle que les avantages de la technologie de marquage laser sont évidents.
Tableau 1. Comparaison de plusieurs techniques de marquage
| Marking Tech | Performance | Effet et précision | Couleur de marquage | Modifications du graphique | Consommables |
|---|---|---|---|---|---|
| Marquage laser | Bon | Grande précision et bon effet | Déterminé par le matériau | À volonté | Non |
| Gravure chimique | Bon | Faible précision | Couleur du matériau | Pas facile | Oui |
| Impression d'encre | Pire | Haute précision | Toutes les couleurs | Facile | Oui |
| Gravure mécanique | Mieux | Faible précision | Couleur du matériau | À volonté | Oui |
| Presse mécanique | Pire | Faible précision | Couleur du matériau | Pas facile | Oui |
Le prototypage rapide au laser (comme le montre la figure 5) représente un changement important dans la technologie de fabrication moderne.
Il s'agit d'une expansion de la technologie laser dans les applications industrielles.
Fig.5 Technologie de prototypage rapide au laser
La concurrence dans l'industrie manufacturière s'est intensifiée avec l'accélération du processus d'intégration du marché mondial, et la vitesse de développement des produits est devenue la principale contradiction concurrentielle. Pour répondre aux besoins en constante évolution des utilisateurs, l'industrie manufacturière a besoin d'une technologie plus flexible, permettant la production de petits lots, voire de pièces uniques, sans augmenter le coût du produit.
La technologie du prototypage rapide (PR) est une méthode de fabrication qui permet de construire des matériaux couche par couche ou, plus généralement, des graphiques en 3D conçus par ordinateur. La température élevée produite par le laser est utilisée pour fritter de la poudre de métal dans les graphiques 3D, ce qui permet d'obtenir des composants métalliques. Les prototypes peuvent être fabriqués directement à partir de modèles solides 3D de CAO en quelques heures ou en plusieurs dizaines d'heures.
Le prototypage rapide offre une représentation plus complète et plus intuitive que les dessins et les écrans d'ordinateur, en particulier au cours de la phase de développement du produit, ce qui permet de prendre en compte l'ensemble des facteurs. Cela permet de raccourcir les cycles de développement, d'améliorer la qualité des produits, de réduire les coûts et les risques d'investissement.
Associée au moulage de précision dans la fonderie, la technologie de prototypage rapide au laser permet à la fonderie de produire rapidement toutes sortes de moules en cire utilisés pour le moulage de précision de structures grandes et complexes, réduisant ainsi les coûts d'externalisation. Parallèlement, la production de pièces uniques ou de petits lots de pièces coulées de précision peut être réalisée sans moule, ce qui permet d'économiser sur les coûts d'outillage et de raccourcir considérablement le cycle de production.
Le développement et la production de nouveaux produits permettent de gagner un temps précieux et de réduire les coûts de production, et le niveau de précision des ateliers de fonderie a été amélioré, ce qui a permis de jeter des bases solides pour une production de précision réussie. production de moulages dans les produits futurs.
Il est clair que l'utilisation de la technologie de prototypage rapide par laser se généralisera à l'avenir.
Le traitement thermique au laser (comme le montre la figure 6) est une technologie qui consiste à utiliser un laser pour chauffer la surface des matériaux métalliques dans le but d'effectuer un traitement thermique de surface.
Fig.6 Traitement thermique au laser
Ce procédé peut être utilisé pour toute une série de traitements de modification de la surface des métaux, y compris le durcissement (également connu sous le nom de trempe de surface, d'amorphisation de surface, de refonte et de trempe de surface), l'alliage de surface et d'autres modifications.
Le résultat du traitement au laser entraîne des modifications de la composition, de la structure et des performances de la surface qui ne sont pas possibles avec une trempe de surface conventionnelle. Après le traitement au laser, la surface dureté de la fonte peut atteindre 60HRC, tandis que l'acier au carbone avec des niveaux de carbone moyens à élevés peut atteindre jusqu'à 70HRC.
Cette amélioration de la dureté de la surface entraîne une augmentation de la résistance à l'usure, à la fatigue, à la corrosion et à l'oxydation, et prolonge la durée de vie globale du métal.
En raison de ses nombreux avantages, la technologie du traitement laser est très prisée dans le secteur de la fabrication industrielle, en raison de ses faibles coûts, de sa grande efficacité et de son vaste potentiel d'application. Cette situation a donné lieu à une concurrence intense entre les principales nations industrielles du monde.
La technologie laser s'étend à de nouveaux domaines et son développement se poursuit à un rythme effréné. Dans les principales industries manufacturières telles que l'automobile, l'électronique, la machinerie, l'aviation et l'acier, certains pays sont passés des méthodes de traitement traditionnelles au traitement laser et sont entrés dans l'"ère de la lumière".
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
FR 
EN 
ES 
RU 
DE 