Les cycles thermiques personnalisés dynamisent la fabrication par laser La mise en forme personnalisée du faisceau laser basée sur la conversion de la lumière multi-plan permet de relever les défis actuels et ouvre la voie au traitement par laser de matériaux auparavant inaccessibles. Technologies industrielles © Cailabs Les lasers sont devenus l’un des outils les plus importants de la fabrication industrielle. Ils peuvent créer des détails très fins, difficiles ou impossibles à réaliser avec des équipements d’usinage conventionnels, et couper des matériaux avec un impact négligeable sur le matériau environnant, réduisant ainsi les opérations de post-traitement. La mise en forme du faisceau laser pour contrôler l’intensité (puissance par unité de surface) permet de surmonter les défis actuels des applications laser industrielles ainsi qu’un réglage fin de la microstructure et des propriétés finales du composant. Le projet CUSTODIAN, financé par l’UE, a développé une technologie de mise en forme du faisceau laser basée sur la photonique et adaptée à des matériaux et des applications spécifiques, afin de contrôler les processus laser en temps réel. L’expérience et la simulation guident le développement d’une technologie de conversion de la lumière multiplan. L’équipe s’est concentrée sur le soudage par faisceau laser de composants automobiles en acier inoxydable, la fusion sur lit de poudre pour les secteurs de l’aéronautique et de la production d’énergie, et la découpe laser d’aciers épais pour de multiples secteurs. Trois étapes préliminaires cruciales ont jeté les bases de la technologie de mise en forme du faisceau laser: 1) détermination du cycle thermique optimal via l’analyse du processus et du matériau; 2) simulation multiphysique pour définir la forme optimale du faisceau afin d’obtenir le cycle thermique souhaité; et 3) calcul de l’absorption optimale sur la base des équations de Fresnel (décrivant la réflexion et la transmission de la lumière sur une interface) pour homogénéiser la distribution de puissance. L’expertise, l’excellente coopération et l’engagement des partenaires de CUSTODIAN ont permis d’apporter un éclairage considérable et essentiel sur ces domaines. Sur cette base, le partenaire du projet Cailabs a mis au point la technologie avancée de conversion de la lumière multiplan (MPLC) pour la mise en forme du faisceau, qui repose sur la modification itérative du profil transversal du faisceau après des réflexions successives sur une plaque de phase. «La technologie MPLC est issue du secteur des télécommunications, et son adaptation aux équipements laser industriels ne fut pas anodine. Nous avons dû procéder à d’importants ajustements au cours des derniers mois du projet et avons connu une phase finale d’essais et de validation des résultats très serrée», explique Daniel Gesto, chef du projet CUSTODIAN, du Centre technologique AIMEN. Surveillance et contrôle en temps réel grâce à l’imagerie infrarouge à haute vitesse La capacité technique de modifier la forme du faisceau doit s’accompagner des algorithmes nécessaires. CUSTODIAN a développé des systèmes de surveillance et de contrôle en temps réel basés sur l’imagerie infrarouge (IR) à haute vitesse. Les imageurs IR à haute vitesse du projet ont été intégrés de manière coaxiale pour capturer la dynamique du bassin de fusion en temps réel. Sur la base des informations extraites, des algorithmes ont été développés et testés pour ajuster les paramètres du processus en temps réel afin d’optimiser le cycle thermique pour chaque matériau. Résoudre les problèmes de laser connus et ouvrir la porte à de nouvelles applications Les résultats de CUSTODIAN ont démontré leur potentiel en vue d’aborder et de résoudre des défis industriels dans le domaine des applications laser qui ne peuvent actuellement être surmontés. Ils permettront d’améliorer la qualité et la productivité tout en réduisant les coûts de production, en améliorant l’efficacité énergétique et en réduisant considérablement les déchets. Ils ouvrent en outre la porte au traitement laser de matériaux inaccessibles aujourd’hui en raison de leur composition chimique et de leur microstructure. «La méthodologie CUSTODIAN, qui combine la simulation multiphysique et une technologie flexible de mise en forme du faisceau laser (MPLC), est le seul moyen d’évaluer et d’ajuster les nombreux paramètres d’entrée de manière pertinente. Le projet a joué un rôle de pionnier dans l’un des sujets les plus importants du traitement des matériaux par laser aujourd’hui, à savoir la distribution d’intensité flexible et spécifique à l’application», conclut Daniel Gesto. La méthodologie CUSTODIAN laisse entrevoir l’état des choses à venir. Mots‑clés CUSTODIAN, laser, mise en forme du faisceau laser, MPLC, conversion de la lumière multi-plan, simulation multiphysique, soudage par faisceau laser, fusion sur lit de poudre
