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Une plateforme technologique laser pour accélérer le développement de surfaces fonctionnelles

Une initiative soutenue par l’UE a mis au point une plateforme technologique laser qui répond à la demande croissante de produits abordables dotés de performances de surface inédites.

Technologies industrielles

Les structures de surface bio-inspirées présentent un potentiel commercial important pour la conception de surfaces fonctionnalisées répondant aux exigences des marchés industriels. Les surfaces possédant des caractéristiques topographiques contrôlées peuvent déboucher sur des produits dotés de fonctionnalités particulières, telles que des propriétés antibactériennes et autonettoyantes, une friction réduite ou des fonctions de sécurité optique. Il existe actuellement un besoin de produire ce type de surfaces en masse et à faible coût. Développer des sources laser générant des impulsions ultracourtes à haute puissance répondra à ce besoin croissant de produits bon marché dotés de performances de surface inédites.

Une production à haut débit

Les scientifiques soutenus par le projet LAMPAS, financé par l’UE, ont atteint les paramètres cibles d’un système laser ultrarapide avec une puissance de l’ordre du kilowatt. Le laser pulsé développé a dépassé 1,5 kW de puissance optique moyenne et a fonctionné à une puissance de crête de l’ordre du gigawatt lors des essais. Il présentait un faisceau de qualité en mode fondamental à une longueur d’onde de 1 μm, dans le proche infrarouge. Les scientifiques vont également intégrer un système de démonstration dans une machine destinée au micro-usinage laser industriel de surfaces plus grandes, de l’ordre du mètre carré. Le laser a été présenté à la Advanced Solid State Lasers Conference d’octobre 2021 par TRUMPF, une entreprise de fabrication de machines industrielles qui participe au projet. Basée en Allemagne, elle est l’un des plus grands fournisseurs mondiaux de machines-outils. D’après un article publié sur le site web «Photonics Media», «le système a fonctionné à une puissance moyenne de 300 W, un module “booster laser” à disque mince offrant ensuite une amplification d’un facteur supérieur à cinq». «Le module amplificateur multipassages à disque mince, compact et efficace, représente une percée technologique importante en matière de robustesse», selon cet article. «La grande surface du disque permet de générer une puissance de crête extrême sans avoir recours à une post-compression temporelle des impulsions, dont la durée peut être ajustée entre 3 et 10 ps à l’aide de l’interface frontale. Une bande passante spectrale étroite, d’une largeur inférieure à 1 nm, s’avère idéale pour créer des motifs par interférence laser directe. La chaîne linéaire d’amplification présente une grande flexibilité: elle offre notamment une fonctionnalité d’émission en rafale, et permet d’exploiter la totalité de la puissance moyenne de 1,5 kW sur une large gamme de fréquences de répétition comprises entre 375 kHz et 5 MHz, compatible avec les scanners rapides.»

Une production à faible coût

Le niveau de productivité amélioré du laser devrait réduire considérablement le coût de traitement par pièce. De nouvelles applications deviendront ainsi réalisables sur le plan financier. Cette technologie permettra également d’accélérer la production de surfaces fonctionnalisées pour certaines applications. Il s’agit notamment des appareils ménagers, des emballages pharmaceutiques, des machines industrielles, des implants et outils médicaux, de l’industrie alimentaire, des équipements sportifs, des finitions de meubles et du stockage d’énergie. Le projet LAMPAS (High throughput Laser structuring with Multiscale Periodic feature sizes for Advanced Surface Functionalities) entend accroître le potentiel de la structuration laser pour la conception des surfaces fonctionnalisées récemment développées, améliorant ainsi l’efficacité, la flexibilité et la productivité du processus. Cela permettra d’obtenir des propriétés anti-empreintes digitales, antibactériennes, anti-friction et anti-salissures, ainsi que des finitions décoratives, des surfaces faciles à nettoyer, des caractéristiques anti-contrefaçon et des propriétés anti-givre. À terme, le projet devrait déboucher sur une technologie rentable et robuste à l’industrie européenne pour fabriquer une grande variété de surfaces fonctionnelles. Il prend fin en juin 2022. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet LAMPAS

Mots‑clés

LAMPAS, laser, surface, surface fonctionnelle, amplificateur

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