L'usinage au laser a remplacé toute une série d'applications traditionnelles de traitement des matériaux, telles que la découpe et le soudage, dans les environnements de fabrication et de recherche et développement.
Voici quelques-uns des principaux avantages de l'usinage au laser :
- La capacité d'usiner des métaux et des non-métaux (par exemple, des céramiques et des polymères). Ceci peut être réalisé en ajustant les propriétés du laser telles que la puissance de crête, la longueur d'onde et la durée de l'impulsion.
- Il s'agit d'une technique sans contact, qui évite la contamination de la pièce ou l'usure de "l'outil d'usinage", comme c'est le cas dans les processus mécaniques traditionnels.
- Un processus automatisé est facile à réaliser grâce à une grande vitesse, une grande précision et une grande répétabilité.
- La capacité d'usiner de très petites caractéristiques jusqu'au niveau du micron
- L'usinage de pièces plates ou de pièces complexes en 3D peut être facilement réalisé grâce à l'utilisation d'un poste de travail approprié, qui permet de travailler sous différents angles par rapport à la surface de la pièce à usiner.
Découpe au laser
La découpe au laser permet une plus grande précision que d'autres solutions de découpe telles que le plasma, l'oxy-combustible ou le jet d'eau, à des vitesses plus élevées. L'usinage par décharge électrique (EDM) peut également être utilisé pour la découpe de haute précision, mais il ne peut être utilisé qu'avec des matériaux conducteurs et est généralement un processus très lent.
La puissance laser disponible continue d'augmenter, ce qui permet de découper des épaisseurs de plus en plus importantes. Par exemple, une fibre de 4 kW peut être utilisée pour découper des métaux tels que l'acier doux, l'acier inoxydable, le laiton, le cuivre et l'aluminium d'une épaisseur de 6 mm à des vitesses supérieures à 1 m/min. Avec une puissance croissante de plus de 10 kW, il est possible d'atteindre des épaisseurs supérieures à 25 mm. Le jet d'eau peut être utilisé pour découper des matériaux très épais, de plus de 50 mm d'épaisseur, mais les coûts d'exploitation sont généralement élevés et la vitesse de découpe peut devenir lente en fonction de la géométrie de la pièce.
Soudage au laser
Les lasers sont utilisés pour souder une grande variété de matériaux tels que les aciers au carbone, les aciers à haute résistance, les aciers inoxydables, l'aluminium, le cuivre et le titane. Il est également possible de souder des matériaux dissemblables (c'est-à-dire des métaux avec d'autres métaux ou des métaux avec des polymères). Contrairement aux procédés traditionnels de soudage à l'arc qui nécessitent un flux de courant électrique, les lasers s'appuient sur l'absorption de la lumière pour générer de la chaleur et peuvent être utilisés pour souder des matériaux non conducteurs tels que des polymères à eux-mêmes ou à des métaux. Le faisceau peut être étroitement focalisé, ce qui permet d'obtenir une grande précision et de petites zones affectées par la chaleur, par exemple par rapport aux techniques de soudage à l'arc plasma, telles que le TIG et le MIG. Des soudures profondes et étroites à haut rapport d'aspect peuvent être produites, ce qui permet de souder aussi bien des composants petits et minces que des pièces épaisses et de grande taille. Par exemple, une puissance de 40 kW peut être utilisée pour des soudures à pénétration profonde dans des métaux d'une épaisseur d'environ 40 mm. Le soudage au laser s'effectue généralement à l'air libre en utilisant un gaz de couverture, ce qui est souvent plus facile à mettre en œuvre que le soudage par faisceau d'électrons qui nécessite un vide.
Les lasers peuvent être utilisés dans des applications macro et micro, avec des tailles de caractéristiques de l'ordre du micron. Le micro-usinage laser de caractéristiques de forme et de taille variables pour une grande variété de matériaux suscite un intérêt croissant. Les exigences en matière de qualité et de débit ne cessent d'augmenter, avec des tolérances plus strictes en ce qui concerne la précision des dimensions et de la position. Des sources laser et des techniques de fabrication améliorées, avec une intégration de système et un contrôle de processus avancés, sont disponibles pour répondre aux exigences industrielles de plus en plus élevées.
Le choix de la durée d'impulsion, de la longueur d'onde et de la technique d'usinage optimales pour les applications de micro-usinage laser de haute précision dépend des propriétés du matériau ainsi que des spécifications de l'application, telles que la qualité, la taille des caractéristiques, les tolérances et le débit. Généralement, les lasers pulsés fonctionnant dans le régime nanoseconde et plus court jusqu'aux durées d'impulsion picoseconde et femtoseconde sont utilisés pour le micro-usinage, entraînant une technique de micro-usinage ablatif où chaque impulsion enlève une quantité bien définie de matériau avec peu d'impact sur le matériau environnant, ce qui permet d'obtenir des précisions dimensionnelles de l'ordre du micron.
