Certains lasers émettent dans le visible (rouge, vert…), mais plus généralement, il existe des lasers dans l’ultraviolet, le visible, infrarouge (proche et lointain).
Une lampe à incandescence émet bien sûr dans le visible (blanche), mais surtout dans l’infrarouge. C’est pourquoi elle chauffe bien plus qu’elles éclairent ! A noter que le blanc n’est pas une couleur. Rappelez-vous le TP de physique au collège. Le petit disque avec des croissants de toutes les couleurs. Quand le disque tourne, l’œil interprète cela comme du blanc. En fait, le blanc c’est un mélange de toutes les couleurs visibles. De même le noir, c’est quand il n’y aucune couleur.
Donc un matériau qui réfléchit toutes les couleurs visibles, va nous apparaitre blanc. Si le matériau absorbe tous les couleurs, il va nous apparaitre noir. S’il absorbe toutes les couleurs sauf le rouge (qui est réfléchi), alors il nous apparaitra rouge.
On voit que chaque matériau possède la propriété d’absorber certaines longueurs d’onde (couleur). Bien sûr cela n’est pas vrai uniquement dans le visible, mais sur l'ensemble du spectre de l’ultraviolet à infrarouge lointain.
Dans la plupart des cas, c’est donc la capacité du matériau à absorber la longueur d’onde laser qui va permettre une interaction « laser-matière ». En effet si un matériau est transparent à la longueur d’onde du laser, le faisceau passe à travers le matériau et rien ne se passe. Par exemple le verre est transparent aux longueurs d’ondes dans le visible (0.4µm - 0.8 µm). Ce qui explique que nous pouvons voir à travers une vitre (propre) comme si aucune vitre ne se trouvait dans le champ de vision. En revanche le verre n'est transparent dans l’infrarouge lointain et donc un laser CO2 @ 10.6µm permet de l'usiner facilement.
Spectre visible:
On représente généralement à gauche du spectre visible les longueurs d’ondes ultraviolettes et à droite, les longueurs d'ondes dans l'infrarouge.
Les matériaux organiques comme le bois, certains plastiques réagissent très bien à la longueur d'ondes de 10.6 µm (dans l'infrarouge lointain, donc invisible à l'œil humain). Alors que les métaux (aciers, aluminium, inox, etc...) se comportent de manière admirable face aux longueurs d'ondes de 1.064 µm (1064 nm - nous sommes toujours dans l'infrarouge).
Différents matériaux vont réagir à différentes longueurs d'ondes. C’est pourquoi, un même laser ne peut généralement pas usiner tous les matériaux. De plus, la notion d’usinage en mécanique classique (un outil qui peut usiner un matériau dur peut usiner n’importe quels matériaux) est faux en usinage laser.
Ainsi la démonstration la plus efficace est consiste à vous montrer qu'un laser qui peut découper du métal n'est pas en mesure de découper une simple feuille de papier.
Je vous renvoie sur ce lien pour découvrir cette vidéo.
La longueur d'ondes 1.064 µm (1064 nm) est extrêmement utilisée dans l’industrie, de même que le 10.6 µm du laser CO2.
A la longueur d’onde de 1064nm, plusieurs conceptions de laser se rencontrent : les YAG (YAG fibrés - laser à disque) et les lasers à fibre.
Ces derniers offrent une architecture très intéressante en termes de qualité optique, de gestion thermique du milieu amplificateur, de fiabilité et de rendement (optique/électrique). Dans ce dernier cas, le faisceau laser prend naissance directement au cœur de la fibre spéciale (fibre multicoeur dopée aux ions Ytterbium pour le 1064nm) qui sert également à conduire la lumière jusqu'à la sortie du système optique. Le faisceau prend naissance et se propage dans le cœur monomode de la fibre spéciale. La source d’énergie (pompage) est généralement une (ou plusieurs) diode(s) laser.
La fiabilité du laser est quasiment donnée uniquement par la fiabilité des diodes (excellente, depuis les énormes investissements R&D des années 2000, pour le développement des diodes pour les applications Télécoms). La fibre quant à elle, hormis à très très forte densité optique, est virtuellement inusable (en tous cas, pas dans l’échelle de temps des industriels).
Dans les YAG (fibrés ou pas), le milieu amplificateur est un cristal d'yttrium dopé généralement avec des ions Néodymes. La source d’énergie (pompage) est soit une lampe flash, soit une diode laser.
Le faisceau issu du laser peut éventuellement être injecté (couplé) dans une fibre optique (généralement multimode - de gros diamètre). On parle de YAG fibré. Il ne faut pas les confondre avec un laser à fibre.
Il ne faut donc pas se méprendre sur ces deux types de laser : YAG fibrés et laser à fibre. Le laser à fibre a des propriétés industrielles intéressantes comme des coûts de maintenance insignifiants, une fiabilité supérieure et une qualité de faisceaux beaucoup plus intéressante.
Dans une application d’usinage, laser, il faut donc d’abord définir le laser adéquat, de même que le système optique (tête d’usinage).
Certains systèmes laser sont polyvalents, d’autres, au contraire, dédiés à une application très précise. Le coût d’achat peut également varié de façon très significative.
La première étape pour définir son besoin est de déterminer la longueur d’onde la plus adaptée, puis dans un second temps le système optique, puis l’environnement de travail et enfin l’interfaçage Homme-Machine (IHM). Bien sûr, certains matériaux sont bien connus et ne nécessitent pas de test pour déterminer la source laser adéquate. D’autres au contraire requièrent impérativement ce test préliminaire.
En fonction de ce que l’on veut, le choix (et la rédaction du cahier des charges) d’un système laser, peut vite s’avéré délicat.
Dans la plupart des cas, il ne faut donc pas hésiter à consulter des spécialistes.
Chez Laseo c’est notre travail quotidien. Aider à définir le cahier des charges (si besoin) et orienter nos clients vers la source laser la plus adaptée au procédé et au budget. Laseo propose des machines standards ou entièrement définies selon un cahier des charges.
Si ce sujet vous intéresse, venez en discuter avec nos équipes. Et pour découvrir certaines machines laser, je vous invite à visiter: www.laseo-tech.com
