LE LASER CONTINUE DE GAGNER
DU TERRAIN GRACE A DES INNOVATIONS

Applications, opportunités et tendances professionnelles

En tant qu’outil thermique, les lasers viennent à bout de quasiment toutes les tâches. Ils remplacent de plus en plus souvent les techniques conventionnelles ou sont utilisés en complément. Maintenant que des procédés à impulsion ultracourte et relativement froids viennent se rajouter, le spectre d’applications de la technologie laser s’étend encore dans l’industrie. Le 17 avril, Mikrocentrum a organisé, en collaboration avec l’université de Twente et le Laser Applicatie Centrum, le Laser Event ‘18. Outre un riche programme en termes de contenu, le moment idéal pour les spécialistes de la branche pour nouer des contacts avec leurs concullègues.

 

LASERS

La branche ‘Laser Processing’ à la Technische Universiteit Twente à Enschede se concentre sur l’usinage de matière. L’usinage à l’échelle micro et nano au moyen de lasers à impulsion ultracourte prometteurs (USP), le placage au laser et l’additive manufacturing utilisant des lasers haute puissance sophistiqués y sont plus précisément au programme. En bref, le lieu idéal pour le Laser Event ‘18, où les tendances et avancées dans la technologie laser ont été examinées à la loupe. Un programme parfaitement dans le prolongement des activités au sein du groupe du professeur Gert-Willem Römer. Les participants belges comme néerlandais de l’industrie de fabrication y ont eu droit à un mélange intéressant de conférences et de brèves présentations d’entreprises. Un échange de connaissances était également possible avec des fabricants, utilisateurs de laser, chercheurs et collègues professionnels, surtout du secteur de la tôlerie.

Domaine d’application

Nous pouvons dire que le phénomène ‘laser’ continue sans cesse de surprendre le monde sous l’une ou l’autre forme. La ‘lumière’ produite artificiellement s’avère, en effet, offrir des possibilités infinies. Il n’existe pas (encore) de source laser d’utilisation universelle avec des résultats acceptables dans tous les domaines d’application connus jusqu’ici. Il s’agit dans ce contexte d’applications macro et micro complètement maîtrisées dans l’industrie via la découpe, le soudage et le brasage, le perçage, le marquage et la gravure, l’ablation, le traitement thermique, le polissage et depuis quelques années la fabrication additive. En dehors de l’industrie du métal et du plastique, le laser a aussi une grande influence sur la métrologie, la communication optique et le monde médical.

Nouvelles avancées

Au Laser Event, nous avons constaté que l’industrie était en mesure de relever des défis fascinants, sans cesse nouveaux avec cet outil spécial. Une thèse développée par Arnold Gillner (ILT) à l’aide d’exemples internationaux et de R&D d’Aix-la-Chapelle concernant la source lumineuse. L’accent était mis en particulier ici sur les lasers à fibre, à diodes et à impulsion ultracourte haute puissance les plus récents et leur interaction avec un large éventail de matériaux de tous les domaines d’application. Ronald Verstraeten a ensuite aussi renforcé les connaissances des participants, fort de ses années d’expérience chez Philips, Trumpf et Reith Laser. Il s’est penché sur le choix d’un laser pour diverses applications, comme la longueur d’onde, la CW ou l’impulsion, la puissance, la qualité du faisceau, le rendement et la durée de vie.
L’accent était mis ici sur le soudage et la découpe au laser (standard et fin) ainsi que le placage, le perçage et l’ablation avec les quatre principaux types de laser (CO2, disque, fibre et diodes). Seul le bon choix garantit une solution professionnelle adéquate, au niveau des coûts, de la qualité comme de la productivité. Il est important ici de tenir compte de la chaîne complète: source laser, commande, machine (seule, hybride ou en ligne), substrat et application. Ce, en vue d’un résultat final optimal pour la commande.
Des aspects comme ceux-ci ont également été mis en avant lors des présentations de deux des douze exposants. A savoir Fanuc Benelux, avec deux séries de lasers à CO2 et à fibre construits en interne, ainsi que Laser 2000 avec des sources lumineuses industrielles, des lasers comme le nouveau laser bleu industriel pour le soudage de Cu sans projections, les systèmes de positionnement et l’équipement et les composants optiques. Deux présentations regorgeant de conseils utilisables pour les participants.

Taille de série

Dans le secteur de la tôlerie aussi, on produit toujours plus vite de manière numérique et automatisée. D’après Herman van Dijck d’Absolem Prolab, les techniques à laser font toutefois toujours face à des préjugés du genre coûteuses, dangereuses et compliquées à l’emploi. “La technique est utilisée pour la découpe, le soudage et le marquage pour de plus grands nombres, mais il ne semble à première vue pas facile d’imaginer d’autres applications commercialement intéressantes. En tant qu’alternative technique et économique, les lasers garantissent pourtant bel et bien un gain aussi pour de petits nombres par rapport aux procédés traditionnels. Une bonne approche exige une certaine créa­tivité, une maîtrise du sujet et une conscience en matière de qualité”, a-t-il expliqué. Piet Mosterd (AVVL Techniek) le rejoignait complètement. Il a déclaré trouver incompréhensible que le soudage au laser automatisé ne soit pas encore aujourd’hui accepté de manière générale, en dehors de la production rapide de plus grands nombres. Les séries plus petites conviennent, selon lui, au moins autant, souvent même sans exiger d’usinage ultérieur. Ici, l’innovation dans les logiciels et les robots ou cobots est cruciale.

NOUVEAU SYSTEME LASER POUR CHAUFFE INDUSTRIELLE
Avec le laser à diodes VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), Philips Photonics a pu réaliser un élargissement des applications professionnelles, notamment avec le frittage de lignes de métallisation dans les cellules solaires, le ramollissement local de tôle haute résistance et l’adhérence de ruban renforcé par fibres. Armand Pruijmboom, general manager, a présenté les propriétés jusqu’ici inconnues, les avantages et les inconvénients et les plages d’application de cette puce, provenant de l’industrie du semi-conducteur. 4 mW de puissance, avec trois millions en tableau ou bloc pour un total de 10 MW. En tant que source de chaleur compacte, chaque module VCSEL haute puissance facile à intégrer est caractérisé par la zone de chauffe modulable et programmable librement en termes de temps comme de profil. Ce, au moyen d’un rayonnement dirigé vers l’avant au niveau kW dans l’IR proche. Une telle unité modulaire robuste a une durée de vie d’environ 20.000 heures et l’emporte également dans le cas de chauffe locale en matière de vitesse, d’efficacité et de contrôle de processus sur les sources de chaleur conventionnelles. Notons que l’électronique d’aujourd’hui constitue une entrave pour une commande et une régulation encore plus rapides. Interrogé sur le ‘vrai usinage de métal’, l’orateur a répondu diplomatiquement que l’énergie rayonnée était – du moins pour le moment – encore trop faible pour fondre du métal.

Tri automatisé

Nous l’avons déjà écrit quelques fois, mais les entreprises modernes continuent d’opter de plus en plus pour des processus de production numériques et connectés. Quasiment sans papier, une offre extrêmement rapide avec une planification concrète après la demande et le démarrage à court terme après réception de l’ordre de travail et entrée CAO de la programmation pour la production sur mesure avec des machines CNC intelligentes. L’accent se déplace sensiblement vers les séries plus petites et les pièces uniques. Actuellement, la sortie de la découpeuse à laser et le tri automatisés y sont ajoutés. Le tout, avec un suivi en temps réel par le client.

 

ADDITIVE MANUFACTURING

Au niveau additif, on connaît globalement deux choix: Laser Metal Deposition (LMD) ou placage au laser et Selective Laser Melting (SLM), généralement sous la forme de fusion de lit de poudre. Selon Lenn Hoek van Dijke de Trumpf Nederland, les deux technologies ont à présent vraiment quitté le monde des laboratoires. Il est ressorti des possibilités et des libertés fonctionnelles qu’il a évoquées que l’additive manufacturing permettait de produire sans perte de qualité, ni de solidité. L’applicabilité technique dépend notamment des spécifications appliquées par l’utilisateur industriel. L’additive manufacturing ou l’impression 3D s’inscrivent, en effet, sans problème dans l’histoire d’Industrie 4.0. Jarno Messing (LAC) a ensuite fourni quel­ques conseils à l’aide de quelques exem­ples. Alors que, depuis le début de l’essor du laser, la conception conformément aux principes DFL (Design for Laser) constituait la condition primaire pour des applications réussies, cela est à présent aussi le cas avec le design dans la production additive.
Le placage au laser a particulièrement le vent en poupe pour le moment, étant donné qu’il est de plus en plus clair que cette technique spécifique constitue pour les réparations ou la valorisation fonctionnelle une méthode parfaite et bien meilleur marché que le remplacement de l’ensemble. Avec le dépôt précis de métaux sur des plans cylindriques lourdement chargés pour finir sans meulage, différents pas ont aussi déjà été franchis.
Gert-Willem Römer (UT) a partagé, dans sa présentation de clôture, sa vision des avancées futures dans l’usinage de matières et la fabrication additive avec des lasers à l’aide de projets en cours à l’université de Twente. Römer est également revenu sur une des restrictions cruciales dans la pratique courante du placage. Le WAAM continue encore d’être perfectionné. Il est, en effet, considéré comme une possibilité prometteuse pour augmenter sérieusement la vitesse de la construction en métal.

LASER INNOVATION AWARD
Les firmes AWL Techniek (avec Geo Editor), Intermeco (Viking Sapphire), Lightmotif (microstructuration de surfaces arquées) et Reith Laser (5 axes UKP) étaient nominées cette année. Elles ont pu chacune présenter personnellement leur innovation lors de présentations juste avant le lunch. Le jury d’experts était composé de Toon van Steensel (APEX, gagnant précédent) et Auke Sjoerd Tolsma (Metaalunie) sous la houlette avisée du professeur émérite en technologie laser, Johan Meijer. Fried Kaanen, président de Koninklijke Metaalunie, a finalement annoncé le résultat unanime en sacrant la jeune entreprise Lightmotif d’Enschede gagnant du 4e Laser Innovation Award de cette année. Le jury a notamment motivé son choix par le fait que Max Groenendijk et ses collaborateurs ont entre-temps déjà franchi le pas suivant dans la pratique, alors que le développement d’une application laser aussi complexe comme modification raffinée de plus grandes surfaces en métal arquées est encore en pleine phase de recherche à l’échelle mondiale.

CONTENU PRATIQUE DÉJÀ EN PHASE DE TEST
Lightmotif a conçu et construit, sur la base des principes de la construction de machines ultra­précise, une machine adéquate, avec une technologie spécifique pour le laser ultracourt avec la densité de puissance la plus élevée et un logiciel de commande flexible, autour d’un manipulateur à cinq axes et d’un galvo-scanner, comme des serrages à changement rapide précis et différents capteurs pour calibrer. Elle est actuellement en phase d’achat chez un grand nom de l’industrie du nord des Pays-Bas. Des applications industrielles de cette technologie récente sont la texturation fonctionnelle de matrices pour fabriquer des séries de produits en plastique dotés de surfaces spéciales (frottement réduit, imperméabilisation, antiréflexion, etc.) de composants de drive train pour la réduction de frottement, d’implants à adhérence améliorée en matière d’os, d’outils de coupe pour réduire l’usure et le frottement, etc.