Dans le domaine du d\u00e9p\u00f4t d'\u00e9nergie dirig\u00e9 (DED) et du rev\u00eatement laser, l'industrie s'est heurt\u00e9e \u00e0 un obstacle en mati\u00e8re de mat\u00e9riaux. Alors que les sources infrarouges (IR) standard traitent sans difficult\u00e9 l'acier et le titane, la forte augmentation de la demande en alliages de cuivre et d'or, stimul\u00e9e par les march\u00e9s des v\u00e9hicules \u00e9lectriques et des \u00e9changeurs de chaleur pour l'a\u00e9rospatiale, a mis en \u00e9vidence les limites des sources traditionnelles de 1064 nm.<\/p>\n\n\n\n
La physique est impitoyable. \u00c0 1 \u00b5m (infrarouge), les m\u00e9taux hautement r\u00e9fl\u00e9chissants comme le cuivre absorbent moins de 51 TP3T de l'\u00e9nergie incidente \u00e0 temp\u00e9rature ambiante. Pour compenser, les op\u00e9rateurs augmentent dangereusement la puissance de leurs module laser \u00e0 diode<\/strong>, ce qui entra\u00eene une turbulence excessive du bain de fusion et des \u201c projections \u201d. La solution qui s'impose en 2024 et 2025 ne consiste pas seulement \u00e0 augmenter la puissance, mais aussi \u00e0 modifier fondamentalement la longueur d'onde : le Bleu Diode laser coupl\u00e9e \u00e0 fibre optique<\/a><\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Pour les ing\u00e9nieurs \u00e0 la recherche d'un module laser \u00e0 fibre optique<\/strong>, il est essentiel de comprendre la courbe du coefficient d'absorption.<\/p>\n\n\n\n $$A(\\lambda) = 1 \u2013 R(\\lambda)$$<\/p>\n\n\n\n O\u00f9 $A$ correspond \u00e0 l'absorption et $R$ \u00e0 la r\u00e9flectivit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n En utilisant un bleu haute puissance diode laser coupl\u00e9e \u00e0 fibre optique<\/strong>, les fabricants peuvent initier le bain de fusion avec une fraction de la densit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique requise par les syst\u00e8mes IR. Il en r\u00e9sulte une soudure stable, limit\u00e9e par conduction, plut\u00f4t qu'un mode chaotique en trou de serrure.<\/p>\n\n\n\n Lieu : Cincinnati, Ohio, \u00c9tats-Unis<\/p>\n\n\n\n Entreprise : AeroBlade Dynamics (prestataire de services MRO pour moteurs a\u00e9ronautiques)<\/p>\n\n\n\n Date : janvier 2024 \u2013 ao\u00fbt 2024<\/p>\n\n\n\n Objet : Sarah Jenkins, responsable ing\u00e9nierie, et le d\u00e9fi \u201c Inconel-cuivre \u201d<\/p>\n\n\n\n A\u00e9rodynamique AeroBlade<\/em> est sp\u00e9cialis\u00e9e dans la r\u00e9paration d'aubes de turbines haute pression. En 2023, elle a obtenu un contrat pour r\u00e9parer des chambres de combustion de moteurs de fus\u00e9e fabriqu\u00e9es \u00e0 partir d'un alliage exclusif de cuivre, de chrome et de niobium.<\/p>\n\n\n\n Le probl\u00e8me :<\/p>\n\n\n\n Leur fibre IR 4 kW existante syst\u00e8me de module laser<\/a> \u00e9chouait. Pour faire fondre le cuivre, ils devaient faire fonctionner le laser \u00e0 une capacit\u00e9 de 90%. Cette intensit\u00e9 \u00e9lev\u00e9e provoquait la vaporisation explosive de la poudre de cuivre avant qu'elle ne se d\u00e9pose, ce qui entra\u00eenait un taux de porosit\u00e9 de 8% dans les couches de rev\u00eatement, ce qui \u00e9tait inacceptable pour le mat\u00e9riel de vol a\u00e9rospatial.<\/p>\n\n\n\n La solution :<\/p>\n\n\n\n Sarah Jenkins a dirig\u00e9 l'int\u00e9gration d'un syst\u00e8me de module laser \u00e0 diode hybride. Cette installation personnalis\u00e9e combine :<\/p>\n\n\n\n La mise en \u0153uvre :<\/p>\n\n\n\n Les faisceaux ont \u00e9t\u00e9 combin\u00e9s en une seule fibre de transmission de 600 \u00b5m. La lumi\u00e8re bleue s'est coupl\u00e9e efficacement \u00e0 la surface en cuivre, cr\u00e9ant instantan\u00e9ment un bain de fusion. L'\u00e9nergie infrarouge a ensuite maintenu le bain, permettant un d\u00e9p\u00f4t \u00e0 grande vitesse.<\/p>\n\n\n\n Le r\u00e9sultat (v\u00e9rifi\u00e9 en ao\u00fbt 2024) :<\/strong><\/p>\n\n\n\n \u201c C'est comme passer d'un marteau \u00e0 un scalpel \u201d, a d\u00e9clar\u00e9 Jenkins dans un livre blanc pr\u00e9sent\u00e9 lors du salon RAPID + TCT. \u201c La diode bleue pr\u00e9chauffe le chemin optique, ouvrant la voie \u00e0 l'\u00e9nergie infrarouge. Nous ne luttons plus contre la r\u00e9flectivit\u00e9. \u201d<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n La construction d'un syst\u00e8me DED hybride n\u00e9cessite des comp\u00e9tences sophistiqu\u00e9es. module laser \u00e0 diode<\/a><\/strong> s\u00e9lection. Vous ne pouvez pas simplement raccorder des fibres entre elles.<\/p>\n\n\n\n Pour m\u00e9langer des longueurs d'onde (par exemple, 450 nm + 976 nm), vous avez besoin d'un combineur de faisceaux dichro\u00efque \u00e0 l'int\u00e9rieur du bo\u00eetier du module.<\/p>\n\n\n\n Pour le rev\u00eatement, la \u201c luminosit\u00e9 \u201d (puissance par unit\u00e9 de surface\/angle solide) est moins importante que pour la d\u00e9coupe, mais l'uniformit\u00e9 est essentielle.<\/p>\n\n\n\n $$ Densit\u00e9 de puissance (E) = \\frac{P}{\\pi \\cdot r^2}$$<\/p>\n\n\n\nL'avantage de la longueur d'onde : bleu contre infrarouge<\/h3>\n\n\n\n
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\n\n\n\n\u00c9tude de cas : la perc\u00e9e technologique de Cincinnati Turbine<\/h2>\n\n\n\n
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\n\n\n\nInt\u00e9gration de modules pour syst\u00e8mes hybrides<\/h2>\n\n\n\n
1. Architectures de combinaison de faisceaux<\/h3>\n\n\n\n
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2. Diam\u00e8tre du c\u0153ur de fibre et densit\u00e9 du faisceau<\/h3>\n\n\n\n