Technologies nouvelles pour produits novateurs Traitement des matériaux par laser en 3D Fachhochschule Nordwestschweiz Hochschule für Technik Dipl.-Ing.

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1 Technologies nouvelles pour produits novateurs Traitement des matériaux par laser en 3D Fachhochschule Nordwestschweiz Hochschule für Technik Dipl.-Ing. Markus C. Krack Steinackerstrase 5 CH - 5210 Windisch markus.krack@fhnw.ch

2 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)2 Quel est l’objectif du présent exposé? Brève introduction à la technologie du traitement des matériaux par laser en 3D Présentation des champs d’application illustrée d’exemples Présentation de l’évolution future de cette technologie

3 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)3 Volume de production photonique (Suisse 2007) Source: Swisslaser.net Total Suisse 3,1 milliards de CHF ~1,4 milliard de CHF

4 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)4 Champ d’application du laser dans le traitement des matériaux Structuration Cavités Perçage Ablation Traitement par laser Séparation Découpe

5 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)5 Définition: ablation de matériaux par laser en 3D (marquage) Ablation par couches géométriquement exacte Processus Principe Marquage au laserEDMFraisage

6 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)6 Déroulement du processus y x z Profondeur d’ablation pour l’acier env. 0,5  1,0  m / couche Progression du rayon env. 150 - 300 mm/s Vitesse d’ablation jusqu’à env. 1mm 3 / min vfvf

7 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)7 Structure de l’installation Tête de scanner Miroir de déviation (2x) axe X Y Pièce à usiner Plan focal Table x / y Unité de déplacement Module de pompage 1 Module de pompage 2 Modulateur acousto-optique (Q-Switch) Miroir de sortie Miroir final Unité laser (système ND pompé par diodes:Vanadat) Elargissement du faisceau Barreau laser Nd:Vanadat  = 950nm  =1064 nm

8 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)8 Structure de l’installation Installation d’ablation par laser 3D ( =1064nm) FOBA GP 9000

9 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)9 Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D 5 mm Cavité de moulage par injection pour clip de stylo à bille (@1064nm)

10 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)10 Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D 5 mm Cavité de moulage par injection (@1064nm)

11 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)11 Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D 0.5 mm Microcavité pour moulage par injection (@355nm)

12 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)12 Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D Microcavité pour moulage par injection (@355nm)

13 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)13 Exemples de traitement des matériaux par laser en 3D Microstructure pour gaufrage (@355nm)

14 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)14 Objectifs du microtraitement par laser  Précision  Finesse  Absence de courbure  Positionnement exact  Diamètre réduit  Excellente qualité du rayon  Grande stabilité impulsion par impulsion  Longueur d’impulsion idéale X Y Z

15 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)15 Longueur d’onde: base de la finesse Longueur d'onde = 1064 nm Longueur d'onde  = 532 nm Longueur d'onde  = 355 nm Plan focal Rayon laser Ø focal ~ 0,3 mm Plan focal Rayon laser Ø focal ~ 0,005 mm Plan focal Rayon laser Ø focal ~ 0,02 mm  Plus la longueur d’onde est réduite, plus le diamètre focal atteignable est réduit!

16 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)16 Avenir du traitement des matériaux par laser en 3D  s 10 -6 ns 10 -9 ps 10 -12 fs 10 -15 Durée d’impulsion Fréquence des impusions kHz MHz Ablation moindre Forte condensation Bonne ablation Durée d’impulsion plus courte Fréquence Plus élevée

17 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)17 Avenir du traitement des matériaux par laser en 3D Longueur d’impulsion en nanosecondesLongueur d’impulsion en picosecondes

18 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)18 Résumé Le traitement des matériaux par laser en 3D est déjà appliqué en série pour la réalisation de petites cavités et structures. De nouvelles conceptions de machines (FOBA & DMG Sauer) ont permis l’industrialisation des processus. Le recours aux sources laser offrant une excellente qualité de rayon et une courte longueur d'onde permet de réaliser des traitements de plus en plus fins et de taille de plus en plus réduite. Les lasers à impulsions ultracourtes ouvrent de nouveaux champs d’application et favorisent les progrès sur le plan de la miniaturisation. Mais des besoins se font encore sentir en matière de recherche et de développement dans le domaine du traitement des matériaux par laser à impulsions ultracourtes.

19 26. September 2008 Institut für Produkt- und Produktionsengineering (IPPE)19 Merci de votre attention! Les formes de lumière… …c’est notre affaire! IPPE / FHNW