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Introduction au traitement laser dans la fabrication
La technologie de traitement laser a connu un développement rapide et est largement utilisée dans divers secteurs, tels que l'aérospatiale, l'automobile, l'électronique, etc. Elle joue un rôle important dans l'amélioration de la qualité des produits, la productivité du travail et l'automatisation, tout en réduisant la pollution et la consommation de matériaux (Gong, 2012).
Traitement au laser des matériaux métalliques et non métalliques
Au cours de la dernière décennie, l'usinage laser a principalement été utilisé dans les matériaux métalliques, notamment pour la découpe, le soudage et le placage. Cependant, ce domaine s'étend aux matériaux non métalliques comme les textiles, le verre, les plastiques, les polymères et la céramique. Chacun de ces matériaux ouvre des perspectives dans divers secteurs, bien qu'ils disposent déjà de techniques de traitement éprouvées (Yumoto et al., 2017).
Défis et innovations dans le traitement laser du verre
Le verre, avec ses nombreuses applications dans des secteurs comme l'automobile, la construction et l'électronique, représente un domaine important pour le traitement laser. Les méthodes traditionnelles de découpe du verre, qui utilisent des outils en alliage dur ou en diamant, sont limitées par leur faible rendement et leurs bords rugueux. En revanche, la découpe laser offre une alternative plus efficace et plus précise. Cela est particulièrement évident dans des secteurs comme la fabrication de smartphones, où la découpe laser est utilisée pour les caches d'objectifs d'appareil photo et les grands écrans (Ding et al., 2019).
Traitement au laser de types de verre de grande valeur
Différents types de verre, tels que le verre optique, le verre de quartz et le verre saphir, présentent des défis spécifiques en raison de leur fragilité. Cependant, des techniques laser avancées, comme la gravure au laser femtoseconde, ont permis un traitement de précision de ces matériaux (Sun & Flores, 2010).
Influence de la longueur d'onde sur les procédés technologiques laser
La longueur d'onde du laser influence considérablement le processus, notamment pour les matériaux comme l'acier de construction. Les lasers émettant dans l'ultraviolet, le visible, l'infrarouge proche et lointain ont été analysés pour déterminer leur densité de puissance critique pour la fusion et l'évaporation (Lazov, Angelov et Teirumnieks, 2019).
Applications diverses basées sur les longueurs d'onde
Le choix de la longueur d'onde du laser n'est pas arbitraire, mais dépend fortement des propriétés du matériau et du résultat souhaité. Par exemple, les lasers UV (à longueurs d'onde plus courtes) sont excellents pour la gravure de précision et le micro-usinage, car ils permettent d'obtenir des détails plus fins. Ils sont donc parfaitement adaptés aux industries des semi-conducteurs et de la microélectronique. En revanche, les lasers infrarouges sont plus efficaces pour le traitement de matériaux plus épais grâce à leur capacité de pénétration plus profonde, ce qui les rend adaptés aux applications industrielles lourdes (Majumdar & Manna, 2013). De même, les lasers verts, fonctionnant généralement à une longueur d'onde de 532 nm, trouvent leur place dans les applications exigeant une haute précision avec un impact thermique minimal. Ils sont particulièrement efficaces en microélectronique pour des tâches telles que la structuration de circuits, dans les applications médicales pour des procédures comme la photocoagulation, et dans le secteur des énergies renouvelables pour la fabrication de cellules solaires. Leur longueur d'onde unique les rend également adaptés au marquage et à la gravure de divers matériaux, notamment les plastiques et les métaux, où un contraste élevé et un minimum de dommages de surface sont souhaités. Cette adaptabilité des lasers verts souligne l’importance de la sélection de la longueur d’onde dans la technologie laser, garantissant des résultats optimaux pour des matériaux et des applications spécifiques.
LeLaser vert 525 nmIl s'agit d'une technologie laser spécifique caractérisée par une émission de lumière verte distincte à une longueur d'onde de 525 nanomètres. Les lasers verts à cette longueur d'onde trouvent des applications dans la photocoagulation rétinienne, où leur puissance et leur précision élevées sont avantageuses. Ils sont également potentiellement utiles dans le traitement des matériaux, notamment dans les domaines exigeant un traitement précis et à impact thermique minimal..Le développement de diodes laser vertes sur substrat GaN plan C, pour des longueurs d'onde plus longues, entre 524 et 532 nm, marque une avancée significative dans la technologie laser. Ce développement est crucial pour les applications nécessitant des caractéristiques de longueur d'onde spécifiques.
Sources laser à onde continue et à verrouillage de modèle
Des sources laser à onde continue (CW) et quasi-CW à verrouillage de mode, à différentes longueurs d'onde comme le proche infrarouge (NIR) à 1 064 nm, le vert à 532 nm et l'ultraviolet (UV) à 355 nm, sont envisagées pour le dopage laser des cellules solaires à émetteur sélectif. Les différentes longueurs d'onde ont des implications sur l'adaptabilité et l'efficacité de la fabrication (Patel et al., 2011).
Lasers excimères pour matériaux à large bande interdite
Les lasers excimères, fonctionnant à une longueur d'onde UV, conviennent au traitement de matériaux à large bande interdite comme le verre et le polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP), offrant une haute précision et un impact thermique minimal (Kobayashi et al., 2017).
Lasers Nd:YAG pour applications industrielles
Les lasers Nd:YAG, grâce à leur adaptabilité en termes de réglage de longueur d'onde, sont utilisés dans un large éventail d'applications. Leur capacité à fonctionner à 1 064 nm et 532 nm offre une grande flexibilité dans le traitement de différents matériaux. Par exemple, la longueur d'onde de 1 064 nm est idéale pour la gravure profonde sur les métaux, tandis que la longueur d'onde de 532 nm permet une gravure superficielle de haute qualité sur les plastiques et les métaux revêtus (Moon et al., 1999).
→Produits connexes：Laser à semi-conducteur pompé par diode CW avec une longueur d'onde de 1064 nm
Soudage laser à fibre haute puissance
Les lasers de longueurs d'onde proches de 1 000 nm, offrant une bonne qualité de faisceau et une puissance élevée, sont utilisés pour le soudage laser en trou de serrure des métaux. Ces lasers vaporisent et fondent efficacement les matériaux, produisant des soudures de haute qualité (Salminen, Piili et Purtonen, 2010).
Intégration du traitement laser avec d'autres technologies
L'intégration du traitement laser à d'autres technologies de fabrication, telles que le placage et le fraisage, a permis de développer des systèmes de production plus performants et polyvalents. Cette intégration est particulièrement avantageuse dans des secteurs comme la fabrication d'outils et de matrices et la réparation de moteurs (Nowotny et al., 2010).
Traitement laser dans les domaines émergents
L'application de la technologie laser s'étend aux domaines émergents tels que les industries des semi-conducteurs, des écrans et des couches minces, offrant de nouvelles capacités et améliorant les propriétés des matériaux, la précision des produits et les performances des appareils (Hwang et al., 2022).
Tendances futures du traitement au laser
Les développements futurs de la technologie de traitement laser se concentrent sur de nouvelles techniques de fabrication, l'amélioration de la qualité des produits, la conception de composants multi-matériaux intégrés et l'optimisation des avantages économiques et procéduraux. Cela comprend la fabrication rapide par laser de structures à porosité contrôlée, le soudage hybride et la découpe laser de tôles (Kukreja et al., 2013).
La technologie de traitement laser, avec ses applications variées et ses innovations continues, façonne l'avenir de la fabrication et du traitement des matériaux. Sa polyvalence et sa précision en font un outil indispensable dans de nombreux secteurs, repoussant les limites des méthodes de fabrication traditionnelles.
Lazov, L., Angelov, N., et Teirumnieks, E. (2019). Méthode d'estimation préliminaire de la densité de puissance critique dans les procédés laser.ENVIRONNEMENT. TECHNOLOGIES. RESSOURCES. Actes de la Conférence scientifique et pratique internationale. Lien
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A., & Bovatsek, J. (2011). Fabrication à grande vitesse de cellules solaires à émetteur sélectif à dopage laser utilisant des sources laser à onde continue (CW) de 532 nm et des sources laser quasi-CW à verrouillage de modèle.Lien
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Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J., & Kim, K.-S. (1999). Doublement efficace de la fréquence intracavité à partir d'un laser Nd:YAG à pompage latéral par diode de type réflecteur diffusif utilisant un cristal KTP.Lien
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Date de publication : 18 janvier 2024