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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 domaines, tels que l'aérospatiale, l'automobile, l'électronique, etc. Elle joue un rôle important dans l’amélioration de la qualité des produits, de la productivité du travail et de l’automatisation, tout en réduisant la pollution et la consommation de matériaux (Gong, 2012).
Traitement laser des matériaux métalliques et non métalliques
La principale application du traitement laser au cours de la dernière décennie concerne les matériaux métalliques, notamment la découpe, le soudage et le revêtement. Cependant, le 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 opportunités dans diverses industries, même s'ils disposent déjà de techniques de transformation établies (Yumoto et al., 2017).
Défis et innovations dans le traitement laser du verre
Le verre, avec ses nombreuses applications dans des secteurs tels que l'automobile, la construction et l'électronique, représente un domaine important pour le traitement laser. Les méthodes traditionnelles de découpe du verre, qui font appel à des outils en alliage dur ou diamantés, sont limitées par leur faible efficacité et leurs bords rugueux. En revanche, la découpe laser offre une alternative plus efficace et précise. Cela est particulièrement évident dans des secteurs comme la fabrication de smartphones, où la découpe au laser est utilisée pour les caches d’objectifs d’appareils photo et les grands écrans (Ding et al., 2019).
Traitement 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 uniques en raison de leur nature fragile. Cependant, des techniques laser avancées telles que la gravure au laser femtoseconde ont permis un traitement précis de ces matériaux (Sun & Flores, 2010).
Influence de la longueur d'onde sur les processus technologiques laser
La longueur d'onde du laser influence considérablement le processus, en particulier pour les matériaux comme l'acier de construction. Les lasers émettant dans les zones ultraviolettes, visibles, infrarouges proches et lointains ont été analysés pour leur densité de puissance critique pour la fusion et l'évaporation (Lazov, Angelov et Teirumnieks, 2019).
Diverses applications 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 (avec des longueurs d’onde plus courtes) sont excellents pour la gravure de précision et le micro-usinage, car ils peuvent produire des détails plus fins. Cela les rend idéaux pour les industries des semi-conducteurs et de la microélectronique. En revanche, les lasers infrarouges sont plus efficaces pour le traitement de matériaux plus épais en raison de leurs capacités de pénétration plus profondes, 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 nécessitant une haute précision avec un impact thermique minimal. Ils sont particulièrement efficaces en microélectronique pour des tâches telles que la configuration de circuits, dans les applications médicales pour des procédures telles que la photocoagulation et dans le secteur des énergies renouvelables pour la fabrication de cellules solaires. La longueur d'onde unique des lasers verts les rend également adaptés au marquage et à la gravure de divers matériaux, notamment les plastiques et les métaux, pour lesquels un contraste élevé et un minimum de dommages à la surface sont souhaités. Cette adaptabilité des lasers verts souligne l’importance de la sélection de longueur d’onde dans la technologie laser, garantissant des résultats optimaux pour des matériaux et des applications spécifiques.
LeLaser vert 525 nmest un type spécifique de technologie laser caractérisé par son émission distincte de lumière verte à la 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 bénéfiques. Ils sont également potentiellement utiles dans le traitement des matériaux, en particulier dans les domaines qui nécessitent un traitement à impact thermique précis et minimal..Le développement de diodes laser vertes sur un substrat GaN à plan C vers des longueurs d'onde plus longues, comprises 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 ondes continues et à modèle verrouillé
Les sources laser à ondes continues (CW) et quasi-CW à modes verrouillés 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 prises en compte pour le dopage laser des cellules solaires à émetteur sélectif. Différentes longueurs d'onde ont des implications sur l'adaptabilité et l'efficacité de la fabrication (Patel et al., 2011).
Lasers excimer pour matériaux à large bande interdite
Les lasers Excimer, 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 une large gamme d'applications. Leur capacité à fonctionner à la fois à 1 064 nm et à 532 nm permet une flexibilité dans le traitement de différents matériaux. Par exemple, la longueur d'onde de 1 064 nm est idéale pour la gravure en profondeur sur les métaux, tandis que la longueur d'onde de 532 nm permet une gravure de surface de haute qualité sur les plastiques et les métaux revêtus (Moon et al., 1999).
→Produits associés：Laser à semi-conducteurs pompé par diode CW avec une longueur d'onde de 1064 nm
Soudage laser à fibre haute puissance
Des lasers avec des longueurs d'onde proches de 1 000 nm, possédant une bonne qualité de faisceau et une puissance élevée, sont utilisés dans le soudage laser en trou de serrure des métaux. Ces lasers vaporisent et font fondre 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 avec d'autres technologies de fabrication, telles que le revêtement et le fraisage, a conduit à des systèmes de production plus efficaces et plus polyvalents. Cette intégration est particulièrement bénéfique dans des secteurs tels que 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 à des 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 laser
Les développements futurs dans la technologie de traitement laser se concentrent sur de nouvelles techniques de fabrication, sur l'amélioration des qualités des produits, sur l'ingénierie de composants multi-matériaux intégrés et sur l'amélioration des avantages économiques et procéduraux. Cela inclut la fabrication rapide au 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 diverses applications 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 diverses industries, repoussant les limites des méthodes de fabrication traditionnelles.
Lazov, L., Angelov, N. et Teirumnieks, E. (2019). PROCÉDÉ D'ESTIMATION PRÉLIMINAIRE DE LA DENSITÉ DE PUISSANCE CRITIQUE DANS LES PROCÉDÉS TECHNOLOGIQUES LASER.ENVIRONNEMENT. TECHNOLOGIES. RESSOURCES. Actes de la Conférence scientifique et pratique internationale. Lien
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A. et Bovatsek, J. (2011). Fabrication à grande vitesse de cellules solaires à émetteur sélectif par dopage laser à l'aide de sources laser à onde continue (CW) de 532 nm et de sources laser quasi-CW à modélisation verrouillée.Lien
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Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J. et Kim, KS. (1999). Doublage efficace de la fréquence intracavité à partir d'un laser Nd:YAG à pompage latéral à diode de type réflecteur diffusif utilisant un cristal KTP.Lien
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Heure de publication : 18 janvier 2024