Usinage par faisceau laser : principes, applications et impact industriel

L'usinage par faisceau laser est un processus d'usinage non conventionnel dans lequel le métal de la pièce est enlevé par énergie thermique. Ce processus est largement utilisé dans les industries, en particulier pour les matériaux fragiles à faible conductivité. Apprenons-en plus sur l'usinage par faisceau laser dans cet article avec le principe de fonctionnement et les applications.

Mais avant d'en apprendre plus sur l'usinage par faisceau laser, nous devons apprendre sur le laser et les types de laser.

Qu'est-ce qu'un Laser ?

La forme complète de laser est Amplification de la Lumière par Émission Stimulée de Radiation. Un laser est un dispositif qui émet de la lumière par un processus d'amplification optique basé sur l'émission stimulée de radiation électromagnétique. La différence clé entre une source de lumière normale et un laser est la cohérence, la directivité, la monochromaticité et la haute intensité.

La lumière normale a différentes longueurs d'onde et intensités. C'est pourquoi les photons émis par une source de lumière ordinaire sont répartis sur une grande surface, c'est pourquoi elle est incohérente.

En revanche, les ondes lumineuses du laser ont la même longueur d'onde et intensité. C'est pourquoi la lumière émise par le laser est appelée lumière monochromatique.

La lumière émise par le laser peut être très étroite et se concentrer sur une très petite zone avec une haute intensité. C'est-à-dire que plus d'énergie est concentrée sur une petite zone provoquant l'échauffement de la pièce et la fusion de la surface.

Le laser est utilisé dans diverses opérations d'usinage, lecteurs de disques optiques, imprimantes photo, scanners de codes-barres, phares de voiture, etc.

Types de Laser

Il y a trois types de laser basés sur le milieu utilisé pour la production du laser.

• Lasers à gaz
• Lasers à état solide
• Lasers liquides

L'usinage par faisceau laser utilise un laser à état solide appelé cristal de Rubis pour la génération du faisceau laser.

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

L'usinage par faisceau laser est un processus d'usinage où une lumière laser de haute intensité est focalisée sur une petite zone d'une pièce, provoquant la fusion de cette zone en raison de la chaleur extrême et sa vaporisation pour enlever la matière. L'usinage par faisceau laser utilise l'énergie thermique pour enlever la matière de la pièce.

L'usinage par faisceau laser peut être utilisé sur des pièces métalliques et non métalliques. Il est spécialement utilisé pour des matériaux très fragiles où l'usinage traditionnel ne peut pas être utilisé. Aussi, quand vous avez besoin de créer de minuscules formes ou coupes sur une pièce que l'usinage traditionnel ne peut pas faire, l'usinage par faisceau laser vient à la rescousse.

Principe de fonctionnement de l'usinage par faisceau laser

Le faisceau laser émet de la lumière monochromatique pour se concentrer sur une très petite zone de la pièce. En raison de la petite surface et de la haute intensité du laser, une chaleur extrême est générée. Cette chaleur fait fondre le métal, et finalement le métal fondu se vaporise. C'est le principe de base du processus d'usinage par faisceau laser. Apprenons maintenant le principe de fonctionnement en détail.

Comme vous pouvez le voir sur l'image, il y a un milieu laser à cristal de rubis cylindrique avec deux milieux réfléchissants plats placé dans une bobine de lampes flash d'environ 1000W. La lampe flash émet une lumière blanche de haute intensité qui excite les cristaux pour créer un faisceau laser focalisé sur la zone de la pièce à l'aide d'une lentille.

Le faisceau laser produit a une densité de puissance d'environ 1000 kW/cm². En raison de cette densité de puissance extrême, de la chaleur est générée qui fait fondre la zone de la pièce.

Composants clés de la machine à faisceau laser

Voici quelques composants clés d'une machine typique à faisceau laser.

• Alimentation électrique
• Lampe flash
• Condensateur
• Milieu laser
• Miroir réfléchissant
• Lentille

Alimentation électrique

Comme son nom l'indique, l'unité d'alimentation fournit l'énergie à la lampe flash pour qu'elle émette de la lumière afin d'exciter l'électron du niveau inférieur à un niveau supérieur dans le milieu laser.

Lampe flash

La lampe flash est utilisée pour fournir une lumière blanche cohérente de haute intensité au tube de décharge laser/matériau laser qui excite finalement l'électron.

Condensateur

Un condensateur est utilisé dans l'usinage par faisceau laser pour faire fonctionner la lampe flash en mode pulsé car nous savons que le travail principal d'un condensateur est de stocker la charge et de la libérer quand nécessaire.

Milieu laser / Tube de décharge laser

Dans l'usinage par faisceau laser, des cristaux de rubis sont utilisés. Lorsque le tube flash émet de la lumière, il émet des photons de lumière contenant de l'énergie, et le cristal de rubis absorbe ce photon de lumière.

Miroir réfléchissant

Il y a deux types de miroirs réfléchissants utilisés dans l'usinage par faisceau laser. L'un est 100% réfléchissant, et l'autre est partiellement réfléchissant. Le faisceau laser émet à travers le miroir partiellement réfléchissant.

Lentille

Une lentille est utilisée pour focaliser le faisceau laser sur la zone spécifiée de la pièce.

Avantages de l'usinage par faisceau laser

• Très utile pour usiner des matériaux fragiles
• Peut être utilisé pour métaux et non-métaux
• Pas de contact entre l'outil et la pièce
• Pas de travail mécanique impliqué
• Aucune propriété mécanique n'est modifiée pendant le processus
• Peut créer des caractéristiques dans des zones où d'autres outils d'usinage ne peuvent pas atteindre
• Capable de produire des caractéristiques très précises

Inconvénients de l'usinage par faisceau laser

• Le coût d'installation initial est élevé
• Un technicien formé est requis
• Faible taux de production
• Durée de vie de la lampe flash courte
• Très haute énergie requise
• Faible taux d'enlèvement de matière
• Coût de maintenance très élevé

Applications de l'usinage par faisceau laser

• L'usinage par faisceau laser est utilisé dans presque tous les secteurs pour produire des pièces précises et complexes critiques pour la fonctionnalité du produit.
• Il est utilisé en science médicale pour l'épilation et la chirurgie esthétique
• Très populaire dans les opérations de macro-usinage de masse
• Utilisé pour usiner de petits trous où les outils de machine traditionnels ne peuvent pas atteindre
• Soudage complexe de matériaux non conducteurs et réfractaires.

Conclusion

C'est tout ce que nous avons dans cet article. J'espère que vous avez eu une idée équitable sur l'usinage par faisceau laser. Je comprends que cet article ne fournit que les bases de l'usinage par faisceau laser. Mais encore, si vous avez des questions ou requêtes, veuillez écrire dans la section commentaires, et je serai heureux de répondre.

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Questions fréquentes (FAQ)

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

L'usinage par faisceau laser est un processus d'usinage non conventionnel où un faisceau laser est focalisé sur une certaine zone d'une pièce pour la faire fondre et vaporiser afin d'enlever la matière

Que signifie LASER ?

Amplification de la Lumière par Émission Stimulée de Radiation