solution de système optique de traitement laser

solution de système optique de traitement laser
La détermination detraitement laserLa solution du système optique dépend du scénario d'application spécifique. Différents scénarios conduisent à différentes solutions pour le système optique. Une analyse spécifique est requise pour chaque application. Le système optique est illustré à la figure 1 :

La démarche de réflexion est la suivante : objectifs de processus concrets –laserCaractéristiques – conception du schéma du système optique – réalisation de l'objectif final. Voici quelques exemples de domaines d'application :
1. Micro-usinage de précision (marquage, gravure, perçage, découpe de précision, etc.) Les procédés typiques du micro-usinage de précision consistent en l'usinage micrométrique de matériaux tels que les métaux, la céramique et le verre, comme le marquage de logos pour téléphones portables, la fabrication de stents médicaux ou la réalisation de micro-perforations pour injecteurs de carburant. Les exigences fondamentales de ce procédé sont les suivantes : une taille de point lumineux extrêmement réduite, une densité d'énergie extrêmement élevée et une zone d'influence thermique minimale. Pour répondre à ces applications et exigences, la sélection et la conception dessources de lumière laseret d'autres composantes sont mises en œuvre.
a. Choix du laser : Le choix d’un laser solide ultraviolet/vert (nanoseconde) ou ultrarapide (picoseconde, femtoseconde) est principalement motivé par deux raisons. Premièrement, la longueur d’onde est proportionnelle à la taille du point focal, et l’on privilégie généralement une longueur d’onde courte. Deuxièmement, les impulsions picosecondes/femtosecondes présentent la caractéristique de « traitement à froid », l’énergie étant entièrement traitée avant la diffusion thermique. De manière générale, on sélectionne une source laser à forte spatialisation, avec un facteur de qualité de faisceau M² généralement inférieur à 1,1, garantissant une excellente qualité de faisceau.
b. Les systèmes d'expansion et de collimation du faisceau utilisent généralement des lentilles d'expansion à grossissement variable (2X à 5X), afin d'augmenter au maximum le diamètre du faisceau. Ce diamètre est inversement proportionnel à la taille du point focal, et une architecture d'expansion de faisceau de type Galilée est généralement employée.
c. Le système de focalisation utilise généralement des lentilles F-Theta hautes performances (pour le balayage) ou des lentilles télécentriques. La distance focale est proportionnelle à la taille du point lumineux focalisé, et l'on utilise généralement des lentilles à champ court (par exemple, f = 50 mm ou 100 mm). Comme illustré sur la figure 1 : la lentille de champ utilise généralement un groupe de lentilles multi-éléments (au moins 3 lentilles), ce qui permet d'obtenir un large champ de vision, une grande ouverture et de faibles aberrations. Le choix des lentilles optiques doit tenir compte du seuil d'endommagement du laser.
d. Système optique de surveillance coaxiale : Dans le système optique, un système de vision coaxiale (CMOS) est généralement intégré pour un positionnement précis et une surveillance en temps réel du processus de traitement.
2. Usinage de matériaux macroscopiques. Les applications typiques de l'usinage de matériaux macroscopiques comprennent la découpe de tôles pour l'automobile, le soudage de plaques d'acier pour la construction navale et le soudage de boîtiers de batteries. Ces procédés exigent une puissance élevée, une forte capacité de pénétration, un rendement élevé et une grande stabilité.
3. Fabrication additive laser (impression 3D) et revêtement Les applications de fabrication additive laser (impression 3D) et de revêtement impliquent généralement les processus typiques suivants : impression de métaux complexes pour l'aérospatiale, réparation d'aubes de moteur, etc.
La sélection des composants principaux est la suivante :
a. Sélection du laser : Généralement,lasers à fibre de haute puissancesont sélectionnées, avec une puissance dépassant généralement 500 W.
b. Mise en forme du faisceau : Ce système optique doit produire une lumière à profil plat, la mise en forme du faisceau est donc la technologie de base, et elle peut être réalisée à l'aide d'éléments optiques diffractifs.
c. Système de mise au point : Les miroirs et la mise au point dynamique sont des éléments essentiels en impression 3D. Par ailleurs, l’objectif de balayage doit être de conception télécentrique côté objet afin de garantir la cohérence du traitement entre les bords et le centre.