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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
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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
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Champ d’application du laser dans le traitement des matériaux
Structuration
Cavités
Perçage
Ablation
Traitement par laser
Séparation
Découpe
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Définition: ablation de matériaux par laser en 3D (marquage)
Ablation par couches géométriquement exacte
Processus
Principe
Marquage au laser EDM Fraisage
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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
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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
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Structure de l’installation
Installation d’ablation par laser 3D ( =1064nm)FOBA GP 9000
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Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D
5 mm
Cavité de moulage par injection pour clip de stylo à bille (@1064nm)
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Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D
5 mm
Cavité de moulage par injection (@1064nm)
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Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D
0.5 mm
Microcavité pour moulage par injection (@355nm)
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Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D
Microcavité pour moulage par injection (@355nm)
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Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D
Microstructure pour gaufrage (@355nm)
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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
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Longueur d’onde: base de la finesse
Longueur d'onde = 1064 nm
Longueur d'onde = 532 nm
Longueur d'onde = 355 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!
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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
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Avenir du traitement des matériaux par laser en 3D
Longueur d’impulsion en nanosecondes Longueur d’impulsion en picosecondes
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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.
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Merci de votre attention!
Les formes de lumière…
…c’est notre affaire!
IPPE / FHNW