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La technologie Laser pour une fabrication économique des composants légers

Fraunhofer

Les matériaux composites jouent un rôle croissant dans la réalisation de structures légères. Côté mobilité, la construction légère permet de réduire la consommation de carburant et d’augmenter la distance parcourue. Pour le moment, la pénétration du marché par les structures complexes légères en composites est limitée par leur coût de fabrication élevé. Avec ses partenaires de l’industrie et de la recherche le Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT développe des procédés économiques de fabrication pour faciliter l’utilisation des structures composites pour les produits de masse. Les composants légers élaborés et leurs procédés laser sont présentés au JEC Europe 2013 Composites Show à Paris du 12 au 14 Mars 2013, halle 1 stand C 63.

La demande en composants légers a considérablement augmenté ces dernières années. Les matériaux les plus utilisés sont l’aluminium, les aciers haute-tenue, le magnésium, le titane et surtout les composites en plastique renforcé (CPR) de fibres qui jouent un rôle important. Les CPR sont constitués d’une matrice organique renforcée par des fibres en carbone ou en verre. Aujourd’hui leur production est freinée à la fois par des cycles de fabrication longs et par un faible degré d'automatisation, ce qui limite leur emploi comme produits de masse. Le projet Européen "Fibre Chain" et le projet "InProLight" financé par le ministère allemand de la Recherche ont pour objectif de développer des solutions aussi bien pour des procédés de fabrication complexe que pour la production de masse de constructions légères en CPR. Dans ce cadre, la mission de Fraunhofer ILT se concentre sur l'optimisation des méthodes d’assemblage et de découpe des composants.

Assemblage structural par faisceau laser

A partir du matériau de base Andreas Rösner et ses collègues ont mis en place un procédé d’assemblage structural de composants légers. Dans la plupart des cas, un tel assemblage est réalisé par collage ou rivetage. Ces méthodes nécessitent alors des procédés complexes, longs et onéreux. Pour contrer ces désavantages Rösner utilise la technologie laser pour l’assemblage ; une méthode où l’énergie est directement déposée dans la zone d’assemblage tout en réduisant le temps d’interaction. Cela permet de réaliser des constructions légères à base de composants complexes et adaptés à la charge de la structure. En complément, l’assemblage plastique/métal devient possible en utilisant un procédé en deux étapes. D'abord Rösner structure la partie métallique avec un laser de forte brillance puis il chauffe la pièce avec un laser à diode. Le polymère fond par conduction et se connecte avec les structures métalliques en établissant une liaison mécanique.

En plus de l’assemblage des CPR et de l'élaboration de connexions plastique-métaux, la découpe est un autre procédé indispensable dans la réalisation de constructions légères. En effet, découper la matière de base, réaliser des trous et rectifier les contours sont des étapes nécessaires. Pour cela, le dommage des bords découpés doit être minimisé.

Les techniques de découpe laser classiques génèrent des zones thermiquement affectées et ne sont du fait pas satisfaisantes. Frank Schneider et ses collègues ont mis en oeuvre de nouvelles techniques de découpe dont l'une utilise un laser CO2 pulsé ultra-court innovant. En réduisant l’apport de chaleur dans la matière, il a été observé une réduction considérable du dommage thermique. Les chercheurs d’Aix-la-Chapelle ont ainsi réussi à éliminer les dommages thermiques en employant un laser de forte puissante avec des impulsions ultra-courtes. Avec des sources lasers jusqu’à 500W, des combinaisons de matériaux sensibles pour l'aéronautique peuvent donc être traités économiquement.

Une multitude d’applications possibles pour les composants CPR

En utilisant ces procédés laser d’assemblage et de découpe, la production des composants CPR devient possible, plus rapide et économique. Une application sur un siège automobile de la société Weber a en l'occurence été démontrée par les chercheurs. Les composants CPR sont les matériaux privilégiés lorsqu'une réduction du poids est nécessaire, en particulier pour les industries automobile, navale, aéronautique et spatiale. Les applications introduisant des composites légers sont de plus en plus demandées notamment pour les machines-outils et le BTP comme alternative aux matériaux classiques.

Pour des information plus humble: Dipl.-Phys. Axel Bauer | Phone +49 241 8906-194 | axel.bauer@ilt.fraunhofer.de

La technologie Laser pour une fabrication économique des composants légers

Mardi 12 Mars 2013 9:00 - Jeudi 14 Mars 2013 18:00
JEC Europe 2013 Composites Show à Paris
halle 1 stand C 63.
Paris