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Laserline blue: une nouvelle dimension dans le traitement des matériaux

Le défi

La faible absorption d'énergie des métaux hautement réfléchissants comme le cuivre ou l'or dans la gamme de longueurs d'onde de 1000 Nm représente un défi majeur pour les lasers IR standard. Les intensités de départ élevées requises entraînent des processus qui se caractérisent souvent par des bains de fusion turbulents et des projections. Ces facteurs sont critiques lors du traitement des composants électriques.

La solution

La série de lasers à diodes bleues haute puissance de Laserline optimise de multiples façons le traitement du cuivre, de l'or et de leurs alliages. Avec une longueur d'onde d'environ 445 Nm, ce sont des sources de rayons idéales pour l'usinage au laser de métaux hautement réfléchissants. L'absorption plusieurs fois supérieure à la normale permet d'obtenir des intensités beaucoup plus faibles et des spots laser plus grands.

Efficacité grâce à la lumière laser bleue

Le laser à diode bleue révolutionne à plusieurs égards le traitement du cuivre, de l'or et d'autres métaux hautement réfléchissants. La génération directe de lumière laser bleue jusqu'à 4 kW cw directement à partir de la diode dans la gamme de longueurs d'onde de 445 Nm est unique pour les lasers industriels et évite en outre un détour par des conversions de longueurs d'onde complexes et inefficaces. En même temps, l'absorption et donc l'efficacité du processus sont multipliées par rapport aux lasers IR. Le dépôt d'énergie contrôlable avec précision du laser à diode permet de faire fondre le cuivre sans évaporation, ce qui entraîne une stabilité du bain de fusion inégalée. Cela ouvre de nouvelles possibilités d'application, comme le soudage par conduction thermique de fines feuilles de cuivre ou les processus de soudage sans éclaboussures de connecteurs électriques.

Exemples d'applications avec les lasers à diodes bleues

Le soudage des épingles à cheveux

2,9 kW | Single Pin 9,9 mm²

Soudage des épingles à cheveux | 9,9 mm2 (épingle unique)

  • Procédure simple et stable
  • Absorption élevée et grandes tailles de spots
  • Insensibilité aux espaces, aux défauts d'alignement et aux tolérances des éléments de construction
  • Temps de processus courts grâce à la formation immédiate du bain de fusion

Fabrication additive avec le cuivre et ses alliages

  • Taux d'accumulation au moins 5 fois plus élevés qu’avec les lasers IR
  • Processus stable pour la fabrication additive avec du cuivre pur et ses alliages
  • Processus environ 20 % plus efficace pour l'acier inoxydable, les alliages de Ni et de Co

Degré d’efficacité de la poudre : >80 %

Structure : cuivre pur en vrac

Densité : >99,8 %

Soutenu par DMG MORI Ultrasonic Lasertec GmbH

Irradiation sous-marine par lasers à diodes bleues

  • La longueur d'onde bleue se propage parfaitement dans l'eau
  • L'irradiation sous-marine au laser permet une série de processus thermiques et biochimiques
  • L'élimination des salissures tenaces sur les surfaces maritimes en est un exemple
  • Le procédé de nettoyage au laser bleu est plus doux, plus écologique et plus efficace que les procédés traditionnels
  • La lumière laser bleue d'un Laserline LDMblue est nocive pour les cellules
  • L'objectif est d'endommager les organismes marins installés de telle sorte que la végétation soit emportée par le courant

Source des images: LZH

Processus Hybride laser: Blue + NIR

La combinaison du faisceau laser bleu du LDMblue avec un laser dans la gamme de longueurs d'onde infrarouge, permet d’obtenir des processus de soudage profond très stables et pratiquement sans projections. Le laser bleu stabilise le processus même en cas de soudures profondes. Le laser NIR fournit l'énergie supplémentaire. Laserline a développé à cet effet des optiques hybrides spéciales qui combinent le faisceau laser bleu et le faisceau NIR.

Pour en savoir plus, consultez notre article sur le soudage des composants en cuivre.

Aperçu des avantages techniques

Les lasers à diodes bleues sont basés sur la technologie de nos familles de produits modulaires, qui ont fait leurs preuves depuis de nombreuses années dans les applications industrielles. Dans cette catégorie de puissance, nos lasers bleus offrent la lumière laser visible la plus compacte.

  • Jusqu'à 4000 W de puissance laser (CW) à une longueur d'onde d'environ 445 Nm
  • Scanners ou optiques fixes pour un guidage optimal du faisceau
  • Absorption optimisée pour les métaux très réfléchissants
  • Une architecture de système qui a fait ses preuves
  • Processus très stable avec des propriétés de bain de fusion stables
  • Aiguillage à 2 faisceaux (option)

Aperçu des lasers à diodes bleues Laserline

Puissance max.
du laser*
400 W800 W1.800 W2.000 W1.500 W3.000 W4.000 W
Qualité du faisceau20 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad60 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad30mm.mrad 
 Autres performances et qualités de jet adaptées au processus disponibles
Câbles à fibres optiques400 µm [NA 0,1]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,2]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]
Longueur de fibreLongueur de fibre jusqu'à 20 m
Stabilité des performances< ± 2 % sur 2 heures
Plage
de longueurs d’onde
445 nm ± 20 nm
Série de produitsLDMblueLDFblue

*Puissance indiquée pour une longueur de fibre de 5 m.

 

Utilisation des lasers bleus dans l'industrie - Comment tout a commencé

C’est en 2018 qu’apparurent les premiers lasers à diodes bleues. En l'espace de trois ans, un laser bleu à diode d'un kilowatt a pu être construit et optimisé pour le traitement des matériaux, en lien avec la mesure de promotion Effiziente Hochleistungs-Laserstrahlquellen (EffiLAS) du ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche (BMBF). Ce développement unique au monde permet d'ouvrir un nouveau segment dans la technologie laser : le traitement de matériaux par faisceau laser dans le domaine des longueurs d'onde visibles.

Dans de nombreuses applications industrielles, les lasers infrarouges donnent d'excellents résultats. Le faisceau infrarouge est toutefois moins bien adapté au traitement des métaux non ferreux, notamment du cuivre. L'une des principales raisons est la très faible absorption du faisceau laser par les métaux non ferreux dans cette gamme de longueurs d'onde. De ce fait, les processus de soudage sont souvent instables et les défauts de soudage qui en résultent dans la production entraînent des rebuts. Pour obtenir une absorption élevée, l'idéal est d'utiliser les courtes longueurs d'onde de la lumière bleue à 450 Nm. L'absorption beaucoup plus élevée permet d'obtenir des résultats de soudage de haute qualité et uniformes lors du traitement du cuivre au laser. Avec la disponibilité du faisceau laser bleu, de nouvelles possibilités d'application apparaissent pour l'usinage au laser de métaux non ferreux comme le cuivre ou l'or, mais aussi pour l'assemblage de différents métaux. Dans le domaine des énergies renouvelables et des moteurs alternatifs en particulier, il existe un nouveau potentiel pour l'utilisation de lasers bleus dans la production. Ainsi, la fabrication des voitures électriques nécessite environ huit kilos de cuivre de plus que celle des voitures à moteur à combustion. Une petite valeur, mais qui, mise bout à bout, offre un vaste champ d'applications pour les lasers bleus. Par exemple, lors de la fabrication de batteries, des pièces de cuivre de dix micromètres d'épaisseur sont assemblées ou même connectées à d'autres métaux. L'utilisation de lasers à diodes de haute puissance avec un spectre de lumière bleue le permet pour la première fois.

Une quantité nettement plus importante de cuivre est nécessaire pour la fabrication d'éoliennes. Pour les grandes éoliennes offshore, on utilise jusqu'à 30 tonnes de cuivre - ici aussi, l'utilisation du laser est envisageable à l'avenir. Grâce à la qualité élevée de la soudure, le procédé est en outre particulièrement bien adapté aux applications dans le domaine de l'électrotechnique – en particulier pour la fabrication de composants dans l'électronique de puissance, où les jointures doivent être particulièrement résistantes à la température.

Au-delà des applications électroniques, le laser bleu permet également, grâce à sa nouvelle longueur d'onde, de travailler l'or, ce qui permet de réaliser de nouvelles applications dans la fabrication de bijoux. Au fur et à mesure de l'évolution technique, de nombreux autres domaines d'application devraient voir le jour dans un avenir proche - ce qui permettra de poursuivre l'innovation technologique fulgurante des lasers à diodes de forte puissance pour la production industrielle dans la nouvelle gamme de longueurs d'onde.