Qu'est-ce que l'usinage par faisceau laser ? - Types et fonctionnement

Qu'est-ce que l'usinage par faisceau laser ?

L'usinage par faisceau laser (LBM) est une forme d'usinage qui utilise la chaleur dirigée par un faisceau laser. Ce processus utilise de l'énergie thermique pour éliminer la matière des surfaces métalliques ou non métalliques. La haute fréquence de la lumière monochromatique tombera sur la surface, puis le chauffage, la fusion et la vaporisation du matériau auront lieu en raison de l'impact des photons.

L'usinage par faisceau laser convient mieux aux matériaux fragiles à faible conductivité, mais peut être utilisé sur la plupart des matériaux.

L'usinage par faisceau laser peut être effectué sur du verre sans faire fondre la surface. Avec le verre photosensible, le laser modifie la structure chimique du verre lui permettant d'être sélectivement gravé. Le verre est également appelé verre photo-usinable.

L'avantage du verre photo-usinable est qu'il peut produire des parois verticales précises et le verre natif convient à de nombreuses applications biologiques telles que les substrats pour l'analyse génétique.

Définition de l'usinage par faisceau laser

Un usinage par faisceau laser est une méthode d'usinage non conventionnelle dans laquelle l'opération est réalisée par une lumière laser. La lumière laser a des impacts de température maximum sur la pièce; en raison de la température élevée, la pièce à usiner fond. Le processus utilisait de l'énergie thermique pour retirer de la matière d'une surface métallique.

Types de lasers

Il existe de nombreux types de lasers, notamment les lasers à gaz, à solide et à excimères.

Certains des gaz les plus couramment utilisés consistent en ; He-Ne, Ar et laser à dioxyde de carbone.

Lasers à solide sont conçus en dopant un élément rare dans divers matériaux hôtes. Contrairement aux lasers à gaz, les lasers à solide sont pompés optiquement par des lampes flash ou des lampes à arc. Le rubis est l'un des matériaux hôtes fréquemment utilisés dans ce type de laser.

Un laser à rubis est un type de laser à solide dont le milieu laser est un cristal de rubis synthétique. La tige de rubis synthétique est pompée optiquement à l'aide d'un tube éclair au xénon avant d'être utilisée comme milieu laser actif.

YAG est une abréviation pour le grenat d'aluminium et d'yttrium qui sont des cristaux utilisés pour les lasers à solide tandis que Nd :YAG fait référence aux cristaux de grenat d'aluminium et d'yttrium dopés au néodyme qui sont utilisés dans les lasers à solide comme média laser.

Les lasers YAG émettent une longueur d'onde d'ondes lumineuses à haute énergie. Nd :le verre est un milieu de gain dopé au néodyme constitué de matériaux de silicate ou de phosphate qui sont utilisés dans un laser à fibre.

Parties d'usinage par faisceau laser

1. Alimentation

Une haute tension est nécessaire pour le laser. L'énergie est fournie au système de sortie de l'électron. Lorsque le courant est fourni, l'électron se trouve dans un état excité, ce qui signifie qu'il est prêt à fonctionner.

2. Lampes Flash

Les lampes flash sont utilisées pour fournir une lumière blanche et cohérente pendant une très courte durée.

3. Condensateur

En général, on connaît le travail du condensateur, il sert à stocker et à libérer la charge. Ici, il est utilisé pendant le processus de flashage.

4. Miroir Réfléchissant

Un miroir réfléchissant est utilisé ici pour refléter la lumière directement sur la pièce. Il est de deux types interne et externe.

5. Lentille

Les lentilles sont fournies ici à des fins de vision. Il affiche l'image dans une taille plus grande afin qu'il soit facile d'effectuer une opération sur la marque de pièce donnée.

6. Pièce

La pièce est comme l'objet dans lequel l'opération doit être effectuée. Par exemple, si le corps avait besoin d'une opération au laser, nous sommes la pièce à usiner pour cette machine, tout comme la fabrication des objets doit être percée ou percée, la machine laser a effectué l'opération.

Principe de fonctionnement de l'usinage par faisceau laser

Dans ce processus, le faisceau laser est appelé lumière monochromatique, qui est conçue pour se concentrer sur la pièce à usiner par une lentille afin de donner une densité d'énergie extrêmement élevée pour faire fondre et vaporiser n'importe quel matériau.

Le cristal laser (rubis) se présente sous la forme d'un cylindre comme indiqué sur la figure ou le schéma ci-dessus avec des extrémités réfléchissantes plates qui sont placées dans une bobine de lampe flash d'environ 1000 W.

Le flash est simulé avec la lumière blanche à haute intensité du xénon. Le cristal est excité et émet le faisceau laser qui est focalisé sur la pièce en utilisant la lentille.

Le faisceau produit est extrêmement étroit et peut être focalisé sur une zone précise avec une densité de puissance de 1000 kW/cm2. Ce qui produit une chaleur élevée et la partie du métal est fondue et vaporisée.

Applications de l'usinage par faisceau laser

Les lasers peuvent être utilisés pour le soudage, le placage, le marquage, le traitement de surface, le perçage et la découpe, entre autres procédés de fabrication. Il est utilisé dans les industries automobile, navale, aérospatiale, sidérurgique, électronique et médicale pour l'usinage de précision de pièces complexes.

Le soudage au laser est avantageux en ce qu'il peut souder à des vitesses allant jusqu'à 100 mm/s ainsi que la capacité de souder des métaux différents. Le revêtement au laser est utilisé pour recouvrir des pièces bon marché ou faibles avec un matériau plus dur afin d'améliorer la qualité de la surface. Le perçage et la découpe au laser sont avantageux car il y a peu ou pas d'usure sur l'outil de coupe car il n'y a pas de contact susceptible de causer des dommages.

Le fraisage au laser est un processus tridimensionnel qui nécessite deux lasers, mais réduit considérablement les coûts d'usinage des pièces. Les lasers peuvent être utilisés pour modifier les propriétés de surface d'une pièce.

L'application de l'usinage par faisceau laser varie selon l'industrie. Dans la fabrication légère, la machine est utilisée pour graver et percer d'autres métaux. Dans l'industrie électronique, l'usinage par faisceau laser est utilisé pour le dénudage des fils et le biseautage des circuits. Dans l'industrie médicale, il est utilisé pour la chirurgie esthétique et l'épilation.

Avantages de l'usinage par faisceau laser

• Étant donné que les rayons d'un faisceau laser sont monochromatiques et parallèles (c'est-à-dire d'étendue nulle), il peut être focalisé sur un petit diamètre et produire jusqu'à 100 MW de puissance pour un millimètre carré de surface.
• L'usinage par faisceau laser a la capacité de graver ou de couper presque tous les matériaux, là où les méthodes de coupe traditionnelles peuvent être insuffisantes.
• Il existe plusieurs types de lasers, et chacun a des utilisations différentes.
• Le coût de maintenance des lasers est modérément faible en raison du faible taux d'usure, car il n'y a aucun contact physique entre l'outil et la pièce.
• L'usinage fourni par les faisceaux laser est de haute précision, et la plupart de ces processus ne nécessitent pas de finition supplémentaire.
• Les faisceaux laser peuvent être associés à des gaz pour rendre le processus de coupe plus efficace, aider à minimiser l'oxydation des surfaces et/ou à maintenir la surface de la pièce exempte de matière fondue ou vaporisée.

Inconvénients de l'usinage par faisceau laser

• Le coût initial d'acquisition d'un faisceau laser est modérément élevé. Il existe de nombreux accessoires qui facilitent le processus d'usinage, et comme la plupart de ces accessoires sont aussi importants que le faisceau laser lui-même, le coût de démarrage de l'usinage est encore plus élevé.
• La manipulation et l'entretien de l'usinage nécessitent des personnes hautement qualifiées. L'utilisation du faisceau laser est relativement technique et les services d'un expert peuvent être nécessaires.
• Les faisceaux laser ne sont pas conçus pour produire des processus de métaux de masse.
• L'usinage par faisceau laser consomme beaucoup d'énergie.
• Les coupes profondes sont difficiles avec des pièces à point de fusion élevé et provoquent généralement une conicité.

FAQ.

Qu'est-ce que l'usinage par faisceau laser ?

L'usinage par faisceau laser (LBM) est une forme d'usinage qui utilise la chaleur dirigée par un faisceau laser. Ce processus utilise l'énergie thermique pour éliminer les matériaux des surfaces métalliques ou non métalliques.

Quel est l'avantage de l'usinage par faisceau laser ?

Les principaux avantages de l'usinage par faisceau laser sont la facilité d'automatisation pour les modèles de coupe complexes, l'absence d'usure et de rupture d'outil, la capacité de couper à des angles faibles et des vitesses de coupe rapides. Comme il s'agit d'un processus sans contact, le transfert d'énergie entre le laser et le matériau se produit par irradiation.

Quel laser est utilisé dans l'usinage par faisceau laser ?

Types de lasers utilisés pour l'usinage par faisceau laser :les lasers à gaz tels que les lasers CO2 et excimer, ainsi que les lasers à semi-conducteurs tels que les lasers Nd:YAG et YAG et les lasers femtoseconde, sont parmi les lasers les plus populaires.

Quel est le principe de l'usinage par faisceau laser ?

Se concentre sur la pièce à usiner pour mécaniser ce faisceau laser produit. Lorsque le faisceau laser frappe les surfaces du W/P, l'énergie thermique du faisceau laser est transférée aux surfaces du W/P. Il chauffe, fond, s'évapore et finit par transformer le matériau en pièce à usiner.

Quelles sont les caractéristiques du faisceau laser ?

Dans le chapitre 1, il a été indiqué que les propriétés les plus caractéristiques des faisceaux laser sont (i) la monochromaticité, (ii) la cohérence (spatiale et temporelle), (iii) la directionnalité, (iv) la luminosité.

Quel matériau laser est utilisé dans le procédé LBM ?

Il existe un certain nombre de types de laser développés dans la catégorie à semi-conducteurs dans lesquels Nd:YAG est principalement utilisé pour les applications LBM. Les lasers à solide tels que le Nd:YAG, le rubis et le verre Nd sont très utilisés pour l'usinage des matériaux métalliques. Les lasers Nd:YAG peuvent également être utilisés pour les matériaux céramiques.

Qu'est-ce que la fabrication au laser ?

La fabrication au laser est actuellement appliquée dans de nombreuses industries différentes pour traiter différents types de matériaux, de la céramique aux polymères et jusqu'aux métaux. Les progrès de la technologie laser ont permis le traitement au laser de pratiquement n'importe quel matériau avec une précision et une efficacité sans précédent.

L'usinage par faisceau laser nécessite-t-il un vide pendant toute l'opération ?

Explication :L'usinage par faisceau laser est plus polyvalent et peut être utilisé aussi bien pour le métal que pour le non-métal. Il ne nécessite pas d'environnement sous vide. Explication :dans le processus d'usinage par faisceau laser, la zone affectée par la chaleur a une surface plus petite par rapport à d'autres processus d'usinage non conventionnels.

Quels sont les types de laser ?

En fonction de leur milieu de gain, les lasers sont classés en cinq types principaux :

• Lasers à gaz.
• Lasers à semi-conducteurs.
• Lasers à fibre.
• Lasers à liquide (lasers à colorant)
• Lasers à semi-conducteurs (diodes laser)

Quelles sont les principales propriétés et applications des faisceaux laser ?

Un laser est un appareil qui projette un faisceau de lumière étroit très concentré qui est amplifié à l'aide d'un rayonnement stimulé. Les lasers ont trois propriétés :la cohérence, la collimation et les propriétés monochromatiques. Ces trois propriétés des lasers produisent un petit point focal de puissance intense.

Quels matériaux peuvent être usinés à l'aide d'un faisceau laser ?

L'usinage par faisceau laser est indépendant de la nature électriquement conductrice de la pièce. Il peut usiner une large gamme de matériaux, des plastiques aux diamants. L'usinage par faisceau laser offre une large gamme de techniques de traitement des matériaux allant du perçage, de la découpe, du rainurage, du traçage, du marquage, du nettoyage et du tournage, etc.

Pourquoi l'usinage par faisceau laser ne peut-il pas être utilisé pour des trous plus grands ?

Le rayonnement laser dépassant une certaine densité de puissance produit la fusion et la vaporisation du matériau et l'éjection de particules solides. Avec l'augmentation du diamètre et de la profondeur du trou, les particules solides éjectées fondent et se déposent sur les parois et le fond des trous, donc inadaptées au forage profond.

Quel est le coût d'exploitation des machines utilisées dans l'usinage par faisceau laser ?

L'usinage est très rapide et les temps de réglage sont économiques dans l'usinage par faisceau laser.

Quel est le coût d'exploitation des machines utilisées dans l'usinage par faisceau laser ?

Le coût d'exploitation des machines en LBM est faible mais le coût de l'équipement lui-même est élevé.

Que fait la technologie laser ?

Les appareils laser utilisent la lumière pour stocker, transférer ou imprimer des images et du texte ; ils sont également utilisés dans un large éventail d'autres applications, y compris la chirurgie et l'armement. Le rayonnement cohérent du laser lui confère une force particulière.

Qu'est-ce que l'inversion de population dans l'usinage par faisceau laser ?

• Pour l'action laser, la population d'atomes dans le. l'état d'énergie supérieur doit être augmenté. Le processus d'augmentation de la population de niveau d'énergie plus élevé, c'est-à-dire faire de N2> N1, est appelé inversion de population.
• La méthode pour réaliser l'inversion de population est. appelé pompage.

Quelles sont les applications de l'usinage laser ?

Applications. Les lasers peuvent être utilisés pour le soudage, le placage, le marquage, le traitement de surface, le perçage et la découpe, entre autres procédés de fabrication. Il est utilisé dans les industries automobile, navale, aérospatiale, sidérurgique, électronique et médicale pour l'usinage de précision de pièces complexes.

Le faisceau d'électrons est-il utilisé dans l'usinage par faisceau laser ?

Un faisceau d'électrons focalisés à haute intensité est utilisé pour fournir de la chaleur pour l'enlèvement de matière. Un faisceau laser de haute intensité (photons cohérents) est utilisé pour fournir de la chaleur pour l'enlèvement de matière.

Qui a inventé le faisceau laser ?

Theodore Maiman de Hughes Research Laboratories, avec le premier laser fonctionnel. Theodore Maiman a développé le premier laser fonctionnel au Hughes Research Lab en 1960, et son article décrivant le fonctionnement du premier laser a été publié dans Nature trois mois plus tard.

Qu'est-ce qu'un laser de classe 3 ?

Les lasers de classe 3 sont des lasers ou des systèmes laser de puissance moyenne qui nécessitent des mesures de contrôle pour empêcher la visualisation du faisceau direct. Les mesures de contrôle mettent l'accent sur la prévention de l'exposition de l'œil au faisceau primaire ou réfléchi spéculairement.

LBM est-il une limitation ?

LBM n'est applicable que pour les sections minces et lorsqu'une petite quantité de matière est enlevée. Le contrôle de la taille des trous est difficile. Les trous percés peuvent avoir une légère formation conique et ne conviennent donc pas aux grands trous.

Quand le faisceau laser a-t-il été inventé ?

Décembre 1958 :Invention du Laser. De temps en temps, une percée scientifique se produit qui a un impact révolutionnaire sur la vie quotidienne. Un exemple en est l'invention du laser, qui signifie amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement.

Les lasers peuvent-ils couper le métal ?

Les lasers peuvent découper de nombreux matériaux et sont généralement utilisés sur quelques types de métaux, en particulier l'acier au carbone, l'acier doux, l'acier inoxydable, les alliages d'acier et l'aluminium.