Les lasers à balayage offrent un potentiel pour le durcissement de surface des composants en acier

14 février 2017

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Pièce d'essai durcie au laser à l'aide d'optiques à balayage (Aitzol Lamikiz)

Des chercheurs de l'UPV/EHU-Université du Pays Basque, Espagne, annoncent avoir validé l'utilisation de l'optique de balayage pour la trempe laser, qui permet d'adapter le procédé à la forme de la pièce.

Le groupe Fabrication Haute Performance de l'UPV/EHU a mené l'étude et la mise au point d'une technologie innovante pour réaliser ce procédé. Il s'agit d'utiliser le laser, mais contrairement au système traditionnel, il utilise une optique à balayage, ce qui confère à l'épaisseur de la pièce à traiter une grande capacité d'adaptation.

Lorsque la trempe est réalisée à l'aide d'une source de chaleur très localisée, telle qu'un laser, elle permet de ne durcir que la surface, laissant le coeur des pièces dans son état d'origine. "Les pièces ne sont pas si fragiles et comme peu de chaleur est insérée, la pièce ne se déforme pas autant. En fin de compte, ce que la chaleur fait, c'est déformer la pièce, et cela signifie qu'elle doit être finie en utilisant d'autres méthodes", a déclaré Aitzol. Lamikiz, professeur du département de génie mécanique de l'UPV/EHU et membre du groupe de fabrication à haute performance qui a mené la recherche.

Dans l'industrie, le procédé de durcissement au laser est utilisé depuis environ 2000, cependant, selon Lamikiz, il a une limite. "Le laser balaie une bande passante constante de sorte que la zone durcie se retrouve ainsi avec une épaisseur constante." Afin de rendre la technologie plus flexible, ce groupe de recherche de l'UPV/EHU a décidé d'évaluer la viabilité de l'intégration d'optiques mobiles à balayage dans ce processus.

L'équipe a utilisé un scanner galvanométrique qui déplace un très petit laser à grande vitesse, balayant la surface ligne par ligne. De cette façon, la largeur de trempe peut être adaptée simplement en modifiant les paramètres du programme. Faisant une analogie entre le traitement de durcissement et le processus de peinture d'un mur, Lamikiz a expliqué que le durcissement au laser conventionnel "serait comme peindre le mur avec un rouleau, donc la largeur qui est peinte correspond à celle du rouleau. Cependant, avec le nouveau technique, nous remplaçons le rouleau par un feutre avec la pointe la plus fine."

« Il était possible d'utiliser cette technique pour réaliser le durcissement. Puis nous avons vu progressivement comment le résultat du traitement changeait en fonction de la vitesse de déplacement du laser, de la puissance utilisée, etc. D'après nos tests, lorsque le laser se déplace très rapide, les résultats sont similaires à ceux du procédé conventionnel », a déclaré Lamikiz.

Explorant davantage la possibilité d'utiliser cette méthodologie, le département de génie mécanique de l'UPV/EHU a mené un projet connu sous le nom de Hardlas en collaboration avec des entreprises du Pays basque et du Piémont, en Italie, pour voir dans quelle mesure le processus était viable. "On peut dire que le projet a été un succès car on a vu qu'il était viable, et qu'il pouvait être transféré à l'industrie", a déclaré le chercheur.

Bien qu'ils aient testé la viabilité du procédé, il reste encore des étapes à franchir pour arriver jusqu'à la production industrielle. L'une des principales difficultés auxquelles ils se sont heurtés a été la maîtrise du processus. "Il est très important d'amener la matière traitée à la température nécessaire pour que le traitement ait lieu, mais il ne faut pas la dépasser sinon on ferait fondre la matière. Dans notre procédé, comme le laser est en mouvement constant, le contrôle est plus complexe, " a expliqué Lamikiz.

Les tests ont été effectués à l'université à l'aide d'équipements de laboratoire. « Pour utiliser le procédé à l'échelle industrielle, il serait important de l'essayer avec des lasers plus puissants, différents types de lasers, sur d'autres matériaux, etc. », ajoute Lamikiz.

[ PubMed ] Martinez S., Lamikiz A., Ukar E., Calleja A., Arrizubieta JA, Lopez de Lacalle LN (2016). 'Analyse des régimes dans le procédé de durcissement laser par scanner'. Optique et lasers en ingénierie, 90 : 72–80. DOI : http://dx.doi.org/10.1016/j.opt.2016.10.005.

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