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LDMblue: diode laser bleue

Laser haute puissance: l’efficacité de la lumière laser bleue

Le laser à diode LDMblue révolutionne à plusieurs égards l’usinage du cuivre, de l’or et d’autres métaux hautement réfléchissants. La génération directe d’une puissance laser de 2 kW CW dans le domaine spectral de 450 nm est une prouesse qui contourne en même temps la nécessité de réaliser des conversions complexes et peu efficaces de la longueur d’onde.  Parallèlement, l’absorption, et donc aussi l’efficacité du processus, est multipliée par un facteur pouvant atteindre 20, comparée au laser émettant dans la gamme de longueurs d’onde de 1 micron. Dans le cas du laser à diode, le dépôt de matière sous flux d’énergie dirigé permet une fusion du cuivre sans évaporation, pour une stabilité inégalée du bain de fusion. Cela ouvre la voie à de nouvelles applications telles que le soudage par conduction thermique de fines feuilles de cuivre.

Un système qui a fait ses preuves sur le terrain

Le LDMblue s’inscrit dans le concept de rack 19 pouces de la famille de produits LDM, bien établie depuis de nombreuses années dans une grande variété d’applications industrielles. Le concept modulaire du système permet d’assurer l’entretien et la maintenance du laser en fonctionnement. Des modules de rechange prédéfinis permettent un remplacement aisé de composants centraux du système par un personnel formé. Les démarches d’entretien et de réparation restent inchangées, tout comme les interfaces de commande et d’intégration au système. Parmi les possibilités de commande figure la modulation rapide de la puissance de sortie du laser à diode, avec un temps de montée de moins de 150 microsecondes (10 % à 90 %).

Une puissance laser modulable

Le système modulaire conçu par Laserline permet de faire évoluer progressivement la puissance laser maximale du LDMblue. En même temps, la qualité du rayonnement peut être adaptée aux exigences du processus, grâce au système de barrettes de diodes. Cette technologie unique offre la flexibilité, la modularité et l’évolutivité qui caractérisent déjà certains produits Laserline.

Nouvelles possibilités d’application

La longueur d’onde de 450 nm associée à une puissance laser de 2000 W CW ouvre des possibilités inédites, notamment pour un usinage de qualité de métaux hautement réfléchissants. En plus, ce processus est peu tributaire de la structure de la surface du matériau. Le laser de forte puissance permet ainsi de créer des liaisons électriques, et de nouvelles perspectives s’ouvrent pour l’amélioration des processus de soudage dans le domaine de l'électromobilité. Parmi les applications possibles figure le raccordement de la batterie. Ce système offrant une puissance laser bleue pouvant atteindre 2000 W – une première mondiale – laisse présager de nombreuses autres applications, dont le gainage cuivre. Pour de plus amples informations, veuillez vous reporter aux rubriques Usinage des métaux non ferreux et Soudage du cuivre.

Soudage de tôles minces

Des tâches très difficiles à réaliser avec les techniques d’assemblage conventionnelles deviennent désormais possibles, telles que le soudage esthétiquement parfait de fines feuilles ou tôles de cuivre. Il est par ailleurs possible de joindre deux métaux de nature différente en prenant le cuivre comme premier élément à assembler, par exemple cuivre sur aluminium ou cuivre sur acier. Ceci est en rupture avec la convention qui veut que le cuivre soit la base de l’assemblage. Désormais rendu possible, le processus de conduction thermique est associé à une très bonne capacité à combler les interstices qui permet de recourir à des conceptions innovantes comme les soudures d’angle ou bout à bout pour améliorer le rendement matière.

Les avantages techniques en un coup d’œil

  • Puissance laser (CW) dans la gamme des kilowatts à une longueur d'onde de 450 nm
  • Réglage et modulation rapides de la puissance
  • Absorption optimisée pour les métaux hautement réfléchissants
  • Une architecture de système qui a fait ses preuves
  • Un processus très stable et un bain de fusion calme
  • Soudage de fines feuilles et de tôles de cuivre empilées
  • Soudage ou assemblage de métaux différents
  • Concept de rack 19 pouces pour une intégration aisée dans les systèmes existants

L’utilisation du laser bleu dans l’industrie

C’est une première mondiale : en trois ans, le programme de recherche EffiLAS (sources de faisceau laser haute puissance et haute performance) lancé par le Ministère fédéral allemand de l’enseignement et de la recherche (BMBF) a permis de fabriquer un laser bleu à diode d’une puissance supérieure à 1 kW et de l’optimiser pour ses premières applications. Cette innovation ouvre la voie à un nouveau segment de la technologie laser : l’usinage de matériaux à l’aide du rayonnement laser dans le domaine spectral visible.

Les lasers infrarouges offrent d’excellents résultats dans un grand nombre d’applications industrielles. Le rayonnement infrarouge convient par contre moins bien pour l’usinage des métaux non ferreux et en particulier du cuivre. Une raison majeure pour ceci est la très faible absorption du rayonnement laser par ces métaux dans cette gamme de longueurs d’onde. Les processus de soudage sont de ce fait souvent peu stables, et les défauts créés entraînent des rebuts de production. Pour obtenir un taux d’absorption élevé, le recours aux courtes longueurs d’onde de la lumière bleue, de l’ordre de 450 nm, s’avère idéal. L’absorption plusieurs fois supérieure est gage de qualité et d’uniformité pour les soudures laser réalisées sur le cuivre. La disponibilité d’un rayonnement laser bleu fait naître de nouvelles possibilités d’application pour l’usinage au laser de métaux non ferreux comme le cuivre ou l’or, mais aussi pour l’assemblage d’autres métaux. En particulier les domaines des énergies renouvelables et des motorisations alternatives présentent un réel potentiel pour l’utilisation de lasers bleus en production. La construction d’une voiture électrique requiert ainsi environ huit kilogrammes de cuivre de plus que celle d’une voiture thermique. Ce chiffre peut paraître insignifiant mais représente néanmoins un vaste champ de possibilités pour l’utilisation du laser bleu. La fabrication d’une batterie implique notamment l’assemblage entre elles, ou avec d’autres matériaux, de pièces en cuivre d’une épaisseur de dix microns. Cet assemblage est seulement rendu possible par le recours au laser à diode haute puissance émettant dans le spectre optique bleu.
La construction d’éoliennes nécessite également nettement plus de cuivre. Les grandes éoliennes en mer contiennent jusqu’à 30 tonnes de cuivre ; là aussi, l’utilisation du laser est une perspective possible. Grâce à l’excellente qualité des cordons de soudure, le procédé convient particulièrement bien aux applications dans le domaine de l’électrotechnique, et ici notamment à la fabrication de composants pour l’électronique de puissance qui nécessitent une jonction résistante à haute température.
​​​​​​​Au delà des applications en électronique, le laser bleu se prête aussi au travail sur l’or, ce qui ouvre de nouvelles possibilités en joaillerie. Avec l’avancement de la technologie, on peut s’attendre, dans un futur proche, à une utilisation dans de nombreux autres domaines : la course à l'innovation technologique est lancée dans le domaine du laser à diode haute puissance destiné à la production industrielle et émettant dans cette nouvelle gamme de longueurs d’onde.

Spécifications optiques

Puissance de sortie max.*300 W500 W1.000 W1.500 W2.000 W
Qualité de faisceau20 mm.mrad60 mm.mrad40 mm.mrad60 mm mrad60 mm mrad 
Guide optique400 µm [NA 0.1]600 µm [NA 0.2]400 µm [NA 0.2]600 µm [NA 0.2]600 µm [NA 0.2]
Focale min. à f = 100 mm200 µm600 µm400 µm600 µm600 µm
Coupleur de fibreLLK-D/Auto
Longueur de la fibreLongueur des fibres jusqu'à 20 m
Stabilité en puissance< +/- 2 % en 2 heures
Gamme de longueurs d’onde445 nm +/- 20 nm

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

Spécifications mécaniques

VG5HPoids env. 50 kg, dimensions : rack de 19 pouces, 5 U (220 mm), profondeur 636 mm
VG7HPoids env. 110 kg, dimensions : rack de 19 pouces, 7 HE (312 mm), profondeur 705 mm