L'évolution du traitement laser 3D

En matière de traitement laser 3D, l’industrie aérospatiale se démarque comme un utilisateur majeur de cette technologie. Dans cette application, un laser perce des trous de refroidissement dans une aube de turbomachine. Images : Prima Power Laserdyne

Quelle est la première pensée qui vient à l'esprit d'un fabricant de métaux lorsque l'expression « machine de traitement laser multiprocessus » est prononcée dans une conversation ? Il s’agira plus que probablement d’une machine combinée de découpe et de poinçonnage laser.

Certains vétérans de l’industrie se souviennent peut-être même de la première machine « combinée » qui a fait ses débuts au Salon international des technologies de fabrication, alors connu sous le nom de Salon international des machines-outils, il y a plus de 40 ans. Strippit a placé un laser CO2 sur une poinçonneuse à tourelle, et cela s'est avéré être un succès, à tel point que la technologie de découpe laser est le moyen dominant de produire des ébauches dans la majorité des ateliers.

Cependant, pour certains fabricants de métaux de haute précision, un laser multiprocessus prend une autre signification. Pour eux, les origines de ce type de machine-outil de traitement laser remontent à quelques années après les débuts de la première machine combinée laser CO2/poinçon à tourelle. Certains ingénieurs du Minnesota ont développé une machine dans laquelle un faisceau laser CO2 focalisé pouvant se déplacer sur trois axes pouvait être utilisé pour la découpe et le soudage. Il ne s'agissait pas d'un cas où le laser était stationnaire et où la table, sur laquelle était fixée la tôle, se déplaçait sous le laser. Dans ce cas, la pièce était stationnaire et la poutre lui était délivrée.

Ces machines laser 3D ont trouvé leurs premiers fans. Harley-Davidson les utilisait pour découper des pièces embouties. Ensuite, une machine de traitement laser capable de se déplacer le long des axes C et D a été développée pour Xerox, qui recherchait un appareil permettant de percer et de découper des cadres d'ordinateurs soudés.

« À l'époque, cela était considéré comme un usinage non conventionnel », a déclaré Mark Barry, un employé chevronné de Prima Power Laserdyne, un fabricant de machines de traitement laser 3D. « Les gens ne connaissaient pas grand-chose aux lasers. Il y avait beaucoup de scepticisme. »

Ce scepticisme à l’égard des lasers n’existe certainement pas aujourd’hui. Une grande partie de cela a été rendue possible grâce à la technologie laser CO2, qui a été la bête de somme de nombreuses entreprises de fabrication de métaux au fil des ans.

Cependant, cela a commencé à changer avec le développement de la technologie du laser à fibre. Au lieu de nécessiter un grand résonateur avec des miroirs et des gaz pour créer le laser, comme c'est le cas avec la technologie CO2, un laser à fibre est créé à l'intérieur et délivré par des câbles à fibres optiques.

La technologie du laser à fibre présente de nombreux avantages par rapport au laser CO2. Le laser à fibre a une longueur d'onde plus courte (1,06 microns) que le laser CO2 (10,6 microns), ce qui signifie que le laser à fibre a démontré de meilleures caractéristiques d'absorption ; cela se traduit par des vitesses de coupe plus élevées et la capacité de couper des matériaux réfléchissants tels que le cuivre, le laiton et l'aluminium bien mieux et en toute sécurité. Le faisceau focalisé d'un laser à fibre présente également une densité de puissance supérieure à celle d'un laser CO2 de puissance similaire ; une plus grande densité de puissance du faisceau laser signifie que le métal peut être amené à l'état fondu plus rapidement, ce qui permet une découpe plus rapide. Un laser à fibre est également beaucoup plus économe en énergie et nécessite moins d’entretien qu’un laser CO2.

C'est tout un résumé, et il n'est pas étonnant que le laser à fibre soit désormais la technologie prédominante en matière de découpe, tant dans le monde 2D que 3D.

« Autrefois, vous allumiez une machine de découpe laser et vous attendiez environ 15 minutes jusqu'à ce qu'elle se réchauffe », a déclaré Barry. « Ensuite, vous pourrez commencer le traitement.

Avec un dévidoir et une dispersion optimale d'un gaz de protection, un laser peut être utilisé pour souder divers matériaux réactifs, comme ce composant aérospatial en forme de dôme en titane.

« Approchez-vous aujourd'hui d'un laser à fibre et vous pourrez l'allumer et commencer le traitement immédiatement. Vous bénéficierez des mêmes caractéristiques et de la même qualité de faisceau que lorsque vous avez arrêté la machine la veille.

Le problème avec la technologie des lasers à fibre au milieu des années 1990 était qu’il s’agissait d’une technologie à ondes continues. À l’époque, cela n’était pas adapté à ce qui émergeait comme l’une des principales applications du traitement laser 3D : le perçage.