Un meilleur forage au laser pour une meilleure performance aérodynamique des aéronefs
Les impulsions laser intenses d’une durée d’un quadrillion de seconde ont des implications importantes pour la recherche scientifique fondamentale et pour des applications pratiques, essentiellement dans la fabrication et la transformation des métaux.
La technologie doit répondre à la productivité
Malgré leur potentiel, il est difficile d’intégrer les lasers femtoseconde(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) dans des solutions industrielles qui nécessitent de traiter de larges surfaces et volumes, ou un grand nombre de pièces. Six entreprises européennes ont uni leurs forces dans le projet MULTIPOINT(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, avec un objectif en vue: développer un système laser femtoseconde qui respecte le compromis entre précision et productivité dans les processus de fabrication industrielle. «Les lasers à impulsions ultracourtes sont reconnus pour leur capacité à usiner avec précision des matériaux et des structures en ne causant qu’un minimum de dommages thermiques. Toutefois, cette précision extraordinaire se fait au détriment de la productivité», souligne Roberto Ocaña, coordinateur du projet. Afin d’accroître la productivité tout en maintenant la précision, les chercheurs ont recouru à deux stratégies. La première impliquait la création de lasers à pulsations ultracourtes avec des puissances moyennes plus élevées. La seconde consistait à développer une unité optique de génération multifaisceaux qui sépare le faisceau principal du laser en plusieurs faisceaux. Un outil polyvalent a ainsi été développé afin de maximiser la quantité de matériaux traités. En outre, le système laser intègre un système de contrôle qui garantit la qualité à chaque étape du processus de fabrication. «Les technologies pour créer un tel système laser existent, mais leur matérialisation est très complexe», explique Roberto Ocaña.
Le forage dans des structures d’aéronefs connait un changement radical
«Nous avons développé un laser qui fournit une puissance moyenne de 700 W, bien plus élevée que celle des lasers commerciaux. Le taux de répétition des impulsions varie de 300 à 700 kHz, ce qui correspond à l’énergie d’impulsion de 0,97 à 2,27 mJ, respectivement», précise Roberto Ocaña. L’une des futures applications de ce système laser femtoseconde est le microforage à haute productivité. «Nous enregistrons une demande croissante pour un usinage réussi avec de petits outils. Le microforage est essentiel pour produire des microfiltres, des électrolyseurs d’hydrogène, des panneaux acoustiques et des panneaux de contrôle de flux laminaire hybride (HLFC)», ajoute Roberto Ocaña. MULTIPOINT s’est intéressé à la perforation de panneaux de titane de grande dimension. La technologie appelée HLFC a montré qu’elle pouvait réduire de 10 % la consommation de carburant des aéronefs commerciaux. Les panneaux HLFC montés sur les stabilisateurs des ailes ou de la queue offrent une solution pour diminuer la traînée de frottement en aspirant l’air par de petits trous. «Pour l’heure, il n’existe aucun prototype de laser femtoseconde capable de micro-usiner de grandes plaques. Les lasers femtoseconde existant peuvent traiter de plus petites surfaces, présentent des puissances moyennes bien plus faibles et des systèmes d’émission d’un faisceau unique. Un système laser femtoseconde de haute puissance capable de fonctionner avec un système multifaisceaux sur une surface d’environ 2×2 m2 est unique au monde», souligne Roberto Ocaña. Il existe d’autres techniques de forage au laser alternatives aux lasers femtoseconde pour perforer le revêtement, qui peuvent atteindre un haut débit d’environ 300 trous par seconde. Toutefois, ces techniques laser produisent des bavures et des éclaboussures de matériaux fondus autour du périmètre du trou qui doivent ensuite être éliminées en gravant et en polissant. «Le laser MULTIPOINT devrait minimiser les étapes postérieures au traitement et améliorer la qualité du processus de microforage tout en maintenant des taux de productivité raisonnables», ajoute Roberto Ocaña.
Le rôle majeur du financement de l’UE
Les chercheurs et les entreprises rencontrent souvent des difficultés pour faire décoller leurs idées bien que les connaissances existent. «Concrétiser une idée implique la participation d’un grand nombre d’entreprises et de chercheurs travaillant dans différents domaines. Le financement de l’UE nous a énormément aidés. Disposer des outils qui nous ont permis de tester des technologies photoniques avancées est essentiel pour consolider la position dominante de l’UE dans ce secteur à l’échelle mondiale», conclut Roberto Ocaña.
