Améliorer la durabilité dans les processus de fabrication laser

Mesure laser pour production durable

Les lasers sont utilisés dans divers processus de fabrication, et ces dernières années le spectre s'est considérablement élargi. Que ce soit VCSELs en technologie capteurs, lasers bleus/verts pour soudure cellules batteries, puissants lasers fibre en fabrication additive, ou lasers à cascade quantique en technologie médicale, la technologie laser révolutionne actuellement de nombreuses industries. Mais une chose ressort — même dans usines production modernes, l'opportunité de rendre processus laser plus durables en mesurant le système laser lui-même est souvent négligée.

Il existe de nombreuses nouvelles technologies et instruments contribuant à qualité production accrue dans processus laser tout en simplifiant documentation et économisant ressources. Aujourd'hui, il est même possible de caractériser toute la caustique du faisceau avec mesures entièrement automatisées neutres en temps de cycle pendant le très court chargement d'une cellule robot ou dans chambre construction scellée en fabrication additive.

Un paradoxe avec risques

Pendant des années, croyance persistante que faisceau laser, per se, est « sans maintenance », car il ne « s'émousse » jamais comme outil. Même maintenant, entreprises investissent installations production pointe mais mesurent laser trop rarement et avec technologie mesure obsolète. Réalité : processus laser changent avec temps. L'industrie commence à réaliser importance vérifier faisceau laser focalisé. En plus exigences croissantes qualité composants et pressions économiques, durabilité devient facteur décision crucial. Mais ici, technologie laser et conscience environnementale devraient aller main dans la main. Objectifs simples :

• Pas de rebut
• Consommation matière réduite
• Consommation énergie réduite
• Minimisation retouches

En concevant processus, une chose doit être gardée à l'esprit : laser ne marche bien que comme sa livraison faisceau. Et ses composants intégrés s'usent et se salissent avec temps. Cela cause souvent soit diamètre foyer grandir globalement, soit position foyer décaler, résultant aussi en diamètre faisceau plus grand. Dans les deux cas, cela réduit densité puissance au niveau usinage. Si changements inaperçus, coûts additionnels surgissent — matière gaspillée pièces défectueuses et/ou temps/main-d'œuvre gaspillés dépannage. Pour compenser changement processus sans corriger source, utilisateurs recourent à réduire vitesse usinage et/ou augmenter puissance laser. Les deux mènent à consommation plus élevée énergie et gaz processus. En d'autres termes... pas ce que qui veut ou peut se permettre aujourd'hui !

Qualité foyer et coût unitaire

Pour augmenter durabilité processus laser, on peut commencer à quelques points d'entrée. D'abord, primordial de savoir comment foyer faisceau se comporte globalement et comment changements puissance laser et position foyer affecteront processus. Ces investigations menées généralement pendant développement.

Une fois processus laser mis en opération, mesure peut dire si laser marche encore en environnement production comme en développement. Comme opération continue, tâches maintenance essentielles incluent vérification lentilles optiques et fenêtres protection — et remplacement si nécessaire. Si erreurs et rebuts surviennent, recommandé avoir stratégie mesure claire définissant comment remettre système laser en marche rapidement.

Procédure suivante donne généralement bons résultats :

1. Vérifier réglage faisceau buse coupe (si pertinent).
2. Remplacer fenêtre protection.
3. Vérifier réglage chemin faisceau.
4. Vérifier faisceau sortie laser pour puissance et profil faisceau.

Paramètres centraux à mesurer : puissance laser, diamètre foyer, position foyer (x, y, z), décalage foyer, profil faisceau et divergence, qualité faisceau M2, produit paramètre faisceau (BPP). Cependant, pour toutes ces mesures, question technologie mesure à utiliser ne doit pas être décidée uniquement sur puissance laser ; essentiel de connaître aussi densité puissance laser.

Densité puissance laser = puissance par unité surface (watt/cm²). Changement diamètre foyer — ex: lentille mal refroidie ou fenêtre protection sale — influence directement densité puissance faisceau laser et peut avoir multiples conséquences :

• Vitesse déplacement peut devoir être réduite.
• Qualité pièce usinée coupe/soudure peut souffrir.
• Temps production et consommation énergie peuvent augmenter, comme besoin gaz chers usinage.
• Zone affectée thermiquement (ZAT) plus grande, nécessitant plus finition post-processus : redressage, ébavurage, polissage. Circonstances certaines, perte qualité non détectée peut mener résistance diminuée — défaut, une fois reconnu, peut entraîner rappels coûteux.

Ces effets techniques prennent inévitablement péage significatif sur coûts et durabilité. Plus grande déviation qualité faisceau point usinage, plus dépensé énergie et gaz processus.

Mesure puissance efficace

Même avec corrélations claires, critiques disent souvent mesurer faisceau laser trop cher et instruments trop fragiles. Mais nouvelles technologies disponibles adaptées applications industrielles.

MKS Instruments, par exemple, a récemment introduit nouvelle jauge puissance couvrant large gamme applications laser, aussi petite, compacte, robuste. Ophir Ariel détermine puissance laser jusqu'à 8 kW basé mesure rapide énergie. Même mode continu, niveaux puissance jusqu'à 500W mesurables. Différentes plages longueurs d'onde — 440-550nm, 900-1100nm, 10,6 µm et 2,94 µm — peuvent être étalonnées et mesurées avec un dispositif. Diffuseur inclus facilement attachable pour que l'instrument marche aussi hautes densités puissance, ex: quand diamètre faisceau petit.

Donné types environnements industriels mesure laser utilisée, design système doit être robuste ; de préférence antichoc, antipoussière, anti-éclaboussures ; sans besoin refroidissement eau/air. Permet mesures chambres construction fermées, souvent besoin fabrication additive ou cellules robot. Mesures lisibles via Bluetooth app ou PC, affichées directement écran haute résolution. Alternative, stockées mémoire interne et transférées interface USB-C. Développeurs, opérateurs, techniciens maintenance peuvent avoir première impression qualité processus en déterminant rapidement puissance laser avec tels instruments compacts.

Processus automatisés

Pour mesure performance systèmes production laser automatisés, il existe aussi systèmes compacts et robustes opérant sans besoin refroidissement eau. Tels systèmes mesurent faisceau laser rapidement et fiablement, transmettent données vers stockage central via interface réseau appropriée. Incluent interface RS232 standard. Systèmes plus modernes, comme Ophir Helios Plus, ont aussi interface Profinet ou Ethernet/IP. Utilisant méthode mesure thermique, tels dispositifs déterminent puissances laser jusqu'à 10 kW ou plus en quelques secondes.

Même processus très complexes, comme soudure packs batteries ou fabrication pile combustible, mesure proactive puissance laser peut être rapide et précise. Cependant, noter que mesure puissance laser donne seulement premier aperçu processus plus complexes.

Pour tirer conclusions fiables sur caustique faisceau laser, il faut soit système mesure caméra, soit méthode mesure sans contact. Figure 3 gauche : dispositif mesure caméra devant être déplacé axe z pour trouver position foyer via profils faisceau déterminés. Changements rapides position foyer donc difficiles détecter. Droite : représentation schématique technologie mesure sans contact, montrant caustique faisceau entier enregistrée d'un coup. Ici, changement position foyer apparaît immédiatement et résolu espace et temps.

Surtout domaine production automatisée, mesure sans contact faisceau laser avenir prometteur. Domaine sensible, comme fabrication boîtes vitesses ou packs batteries, nouveaux produits combinent multiples méthodes mesure en système unique. Dans système Ophir BeamWatch Integrated, par exemple, caustiques faisceau enregistrées technologie sans contact ; tête mesure refroidie eau pour lasers haute puissance détermine puissance laser ; données mesure transmises vers réseau production via interfaces intégrées (Profinet, Ethernet/IP, CC-Link, GigE). Différentes têtes soudure et paramètres aussi testables. En capturant faisceau à taux trames vidéo, décalage foyer détecté temps quasi-réel, Figure 4. Ici, fenêtre protection sale cause décalage foyer.

Durabilité accrue

Systèmes laser centraux pour variété processus fabrication complexes. Grâce innovations technologies mesure, fabricants et utilisateurs ont maintenant large options pour mesurer proactivement faisceau laser. Paramètres laser clés peuvent être enregistrés et ajustés rapidement et précisément. Cela assure processus tourne conditions optimales, pas coûts additionnels dus énergie/matières gaspillées, produits fabriqués répondent exigences qualité les plus hautes. Technologie mesure laser contribue ainsi significativement production durable.

Cet article a été rédigé par Christian Dini, Directeur Développement Commercial, Ophir (North Logan, UT). Pour plus d'informations, visitez le site web.