Technologies nouvelles pour produits novateurs Traitement des matériaux par laser en 3D...

Technologies nouvelles pour produits novateursTraitement des matériaux par laser en 3D

Fachhochschule NordwestschweizHochschule für TechnikDipl.-Ing. Markus C. KrackSteinackerstrase 5CH - 5210 [email protected]

26. September 2008Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE) 2

Quel est l’objectif du présent exposé?

• Brève introduction à la technologie du traitement des matériaux par laser en 3D

• Présentation des champs d’application illustrée d’exemples

• Présentation de l’évolution future de cette technologie


Volume de production photonique (Suisse 2007)

Optische Komponenten &

Systeme10%

Photovoltaik< 1%

Optische Drucktechnik

2%

Optische Kommunikations-

technik3%

Optische Medizintechnik &

Life Science16%

Lasermaterial-bearbeitung

45%

Bildverarbeitung & Optische

Messtechnik23%

Source: Swisslaser.net

Total Suisse 3,1 milliards de CHF

~1,4 milliard de CHF


Champ d’application du laser dans le traitement des matériaux

Structuration

Cavités

Perçage

Ablation

Traitement par laser

Séparation

Découpe


Définition: ablation de matériaux par laser en 3D (marquage)

Ablation par couches géométriquement exacte

Processus

Principe

Marquage au laser EDM Fraisage


Déroulement du processus

yx

z

Profondeur d’ablation pour l’acier env. 0,5 1,0 m /

couche

Progression du rayon env. 150 - 300 mm/s

Vitesse d’ablation jusqu’à env. 1mm3 / minvf


Structure de l’installation

Tête de scanner

Miroir de déviation(2x) axe X Y

Pièce à usiner

Plan focal

Table x / y

Unité de déplacement

Module de pompage 1

Module de pompage 2

Modulateuracousto-optique (Q-Switch)

Miroir de sortie

Miroir final

Unité laser (système ND pompé par diodes:Vanadat)

Elargissement du faisceau

Barreau laserNd:Vanadat

= 950nm

= 950nm

=1064 nm


Structure de l’installation

Installation d’ablation par laser 3D ( =1064nm)FOBA GP 9000


Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D

5 mm

Cavité de moulage par injection pour clip de stylo à bille (@1064nm)



5 mm

Cavité de moulage par injection (@1064nm)



0.5 mm

Microcavité pour moulage par injection (@355nm)



Microcavité pour moulage par injection (@355nm)



Microstructure pour gaufrage (@355nm)


Objectifs du microtraitement par laser

Précision

Finesse

Absence de courbure

Positionnement exact

Diamètre réduit

Excellente qualité du rayon

Grande stabilité impulsion par impulsion

Longueur d’impulsion idéale

X

Y

Z


Longueur d’onde: base de la finesse

Longueur d'onde = 1064 nm



Plan focal

Rayon laser

Øfocal ~ 0,3 mm

Plan focal

Rayon laser

Øfocal ~ 0,005 mm

Plan focal

Rayon laser

Øfocal ~ 0,02 mm

Plus la longueur d’onde est réduite, plus le diamètre focal atteignable est réduit!


Avenir du traitement des matériaux par laser en 3D

s10-6

ns10-9

ps10-12

fs10-15

Durée d’impulsion

Fré

qu

ence

des

imp

usi

on

s

kHz

MHz

Ablation moindre

Forte condensationBonne ablation

Durée d’impulsion plus courte

Fréquence Plus élevée


Avenir du traitement des matériaux par laser en 3D

Longueur d’impulsion en nanosecondes Longueur d’impulsion en picosecondes


Résumé

• Le traitement des matériaux par laser en 3D est déjà appliqué en série pour la réalisation de petites

cavités et structures.

• De nouvelles conceptions de machines (FOBA & DMG Sauer) ont permis l’industrialisation des processus.

• Le recours aux sources laser offrant une excellente qualité de rayon et une courte longueur d'onde permet

de réaliser des traitements de plus en plus fins et de taille de plus en plus réduite.

• Les lasers à impulsions ultracourtes ouvrent de nouveaux champs d’application et favorisent les progrès

sur le plan de la miniaturisation. Mais des besoins se font encore sentir en matière de recherche et de

développement dans le domaine du traitement des matériaux par laser à impulsions ultracourtes.


Merci de votre attention!

Les formes de lumière…

…c’est notre affaire!

IPPE / FHNW

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