Choisir la soudure par laser

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Auteur(s)

Delphine Mathilde COSME : Consultante technique, experte en assemblage des matériaux (plasturgie et métallurgie)

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MOTS-CLÉS

soudure laser | assemblage thermoplastique | laser à diode | soudure thermoplastique

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/f-1260

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Vous avez un assemblage de pièces complexes, de plaques, de feuilles ou de films à réaliser. Vous recherchez un assemblage permanent et sans nuire à la géométrie initiale des pièces ou sans endommager des composants électroniques ou chimiques avoisinants. La soudure par laser est alors envisagée.

Vous savez que l’investissement est important et :

vos exigences de qualité sont très fortes : secteurs médical, aéronautique, automobile, alimentaire, électronique, etc. ;
vous avez de très grandes séries à produire ;
vos pièces sont uniques et les outillages sont difficiles à réaliser ;
la forme des soudures est complexe.

Vous travaillez avec des matériaux thermoplastiques, des métaux, et plus généralement des matières susceptibles de fondre sous certaines fréquences lumineuses. Le laser est une solution qui peut répondre à vos besoins.

Voyons à travers cette fiche pratique quels sont, en première approche, toutes les contraintes pour l’assemblage des matières thermoplastiques.

Étapes :

1 - Appréhender les contraintes liées à la technologie du laser
2 - Choisir ses matériaux
3 - Défendre le choix de la technologie laser auprès de votre direction
4 - Comment réaliser une soudure par laser ?
5 - Choisissez le laser pour la soudure des thermoplastiques

Étapes :

1 - Appréhender les contraintes liées à la technologie du laser
2 - Choisir ses matériaux
3 - Défendre le choix de la technologie laser auprès de votre direction
4 - Comment réaliser une soudure par laser ?
5 - Choisissez le laser pour la soudure des thermoplastiques

Étape 1 : Appréhender les contraintes liées à la technologie du laser

Quel est le principe d’une soudure par laser ?

La soudure des thermoplastiques, et plus généralement l’assemblage de pièces avec un thermoplastique, sont basés, quelle que soit la technologie utilisée, sur l’échauffement d’au moins un polymère. La température atteinte doit être proche du point de fusion des polymères à assembler et de toutes les matières compatibles entre elles (cf. fiche Quels sont les phénomènes en jeu dans un assemblage ?).

Avec la pression, le polymère à l’état liquide ou pâteux chasse l’air entre les épaisseurs des pièces à assembler, et si toutes les conditions sont requises, le refroidissement figera cet état : on dira alors que vous avez collé ou assemblé vos pièces pour une certaine durée de vie.

Le faisceau laser est une énergie qui permet d’exciter les molécules d’un matériau grâce aux ondes vibratoires représentées par la longueur d’onde et la fréquence de cette lumière. Mais chaque matériau possède des caractéristiques propres de poids et de forme. Par conséquent, il faut trouver la fréquence ou longueur d’onde et la puissance nécessaire qui arrivera à mettre en mouvement les molécules de chaque matériau. Le principe est simple et universelle, mais le bilan économique et financier freine l’accès de cette technologie au grand public.

Ainsi,si tous les matériaux de notre environnement peuvent en principe être fondus par un faisceau laser, les fréquences disponibles, ainsi que la puissance nécessaire pour votre application, ne se trouve pas forcement sur le marché.

Utilisation du laser en fonction de la puissance (W) du laser disponible et qualité du faisceau (mm mrad)

Mode d’obtention du faisceau laser en fonction de la longueur d’onde(Source : BAYER)

Quel type de laser utiliser pour le travail des matières plastiques ?
Type de laser	Longueur d’onde	Pénétration	Application
CO2	10,6 µm (IR)	µm	Découpe / Perçage
Nd : YAG	1,06 µm (NIR)	µm - mm	Marquage / Soudage
Diode	0,8 - 1,0 µm (NIR)	µm - mm	Soudage
Excimer (X Fluorure)	108 - 351 nm (UV)	nm - mm	Marquage / chirurgie

Les laser YAG et à diodes sont principalement utilisés en soudure des thermoplastiques.

Le laser à diode, pour des raisons d’encombrement, de fiabilité, de rendement, de maintenance et finalement de coût global, équipe le plus souvent les machines prêtes à l’emploi que vous trouvez sur le marché.

La taille d’une source de laser à diode est aussi grosse qu’une pièce de monnaie. La puissance est créée par la multiplication des sources.

Laser à diode (Source : LASER COMPONENT)

Étape 2

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