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Le laser dans l'atelier : on le garde !

ERICK HAEHNSEN / AGENCE TCA-INNOV24

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Découpe, soudage, perçage, marquage, traitement de surface... Le laser étend sans cesse ses applications dans l'atelier. Les industriels qui l'adoptent ne peuvent plus s'en passer, même s'il est critiqué pour ses coûts de revient et de maintenance. Un état de lieux de l'utilisation d'une technologie devenue incontournable en production.

L'essayer, c'est l'adopter. Depuis quelques décennies, le laser ne cesse de gagner du terrain dans les ateliers. En tête, citons la découpe, le soudage, le perçage et le marquage qui sont parvenus aujourd'hui à maturité. « En Allemagne, les constructeurs automobiles utilisent le laser de découpe pour les grandes séries », rapporte Daniel Aït-Yahiatene, expert en technologies optoélectroniques. En France, Hager, fabricant d'appareillages électriques, marque des millions de produits par semaine. De son côté, Lectra, fournisseur de systèmes de découpe de matières souples, perce jusqu'à un million de trous certaines de ses pièces pour machines de découpe textile. Malgré des investissements parfois très lourds (jusqu'à plus d'un million d'euros), les utilisateurs du laser ne tarissent pas d'éloges. En revanche, l'entretien et la maintenance révèlent parfois de mauvaises surprises. Ce qui n'empêche pas certains de se lancer dans des applications innovantes avec de nouvelles générations de lasers à fibre.

1. De la souplesse pour la petite série

Apprécié avant tout pour sa capacité à s'adapter à la pièce unique et à la petite série, le laser est désormais passé dans les moeurs de la découpe. « Avec notre Trumpf 3030, une machine laser CO2, nous découpons de petites pièces de tôlerie pour de petites séries en début de projet, en complément des pièces fabriquées par nos fournisseurs ou encore pour confectionner nos propres outillages. Les fichiers des plans de coupe sont en liaison directe avec la CAO », confie Thierry Mandersheid, directeur des méthodes du site Alstom Transports de La Rochelle (Charente-Maritime) qui développe et fabrique des trains à très grande vitesse. « Le laser remplace l'oxycoupage, le poinçonnage et le grignotage. C'est devenu un maillon essentiel de notre processus de fabrication. Si cette machine achetée en 2008 rendait l'âme, nous la remplacerions immédiatement. »

2. En amont de la grande série

« Concevoir un nouveau produit, c'est aussi concevoir son mode de fabrication dans des conditions économiques acceptables », lance Ali Makki, docteur-ingénieur, créateur de Keep'Motion, une société de recherche sous contrat spécialisée dans l'électrotechnique, notamment dans les moteurs à aimants permanents que l'on retrouve dans les moteurs électriques pour voitures électriques ou hybrides, scooters, éoliennes ou hydroliennes. Dans le sillage de ses études produits, les clients de Keep'Motion ont demandé des prototypes et des dossiers d'industrialisation. « À ce stade, la découpe laser est incontournable. En particulier pour réaliser le circuit magnétique entre stator et rotor, à savoir un empilage de tôles magnétiques aux formes assez complexes », poursuit Ali Makki. Point fort du laser, la découpe des pièces de tôlerie ne nécessite aucun outillage. Leur conception peut alors être poussée au maximum afin d'investir uniquement dans les emporte-pièces (50 000 à 60 000 euros) nécessaires à la production en grande série.

3. Tenir les hautes cadences

Outre sa précision, le laser sait également tenir les hautes cadences. Avec une machine dotée d'une tête laser CO2 d'à peine 300 W, de conception « maison », Lectra perce entre 600 000 et 1 million de trous de 0,2 à 0,5 mm sur des tables de coupe fixes ou à convoyeur de 1,8 m x 11 m en polyuréthane pour ses machines de découpe textile. « Ces trous servent à créer un système de dépression qui va aspirer le textile et le maintenir en place en vue de la découpe », explique Jean-Michel Talon, responsable de l'amélioration continue chez Lectra à Cestas (Gironde). « La rapidité (16 à 30 millisecondes par trou) et la précision du perçage sont très importantes. Il aurait été impossible de les obtenir avec des forets mécaniques. »

Chez Hager, le marquage normatif (code produit, date et heure de fabrication...) des modules et tableaux électriques pour le domestique et le petit tertiaire mobilise 13 lasers infrarouge (IR) de chez Trumpf pour certains plastiques (polycarbonates, ABS...) ainsi que de 47 lasers ultraviolet (UV) de chez Trumpf (en majorité) et Foba pour les polyamides ignifugés. « Sans ajout d'encre ou de matière, nous marquons ainsi plusieurs millions de produits par semaine », souligne Bertrand Werey, responsable de l'activité transformation sur métal et marquage du groupe qui, jusqu'en 2003, marquait ses produits par tampographie. Il fallait alors réaliser des clichés et des tampons à encrer pour chaque campagne de marquage. D'où un budget non négligeable de consommables, sachant que le catalogue de produits tampographiés comptait 10 000 références ! De plus, ce marquage était posé hors ligne. « Depuis que nous avons adopté le laser, il suffit de changer de fichier pour passer à une nouvelle référence de marquage. Surtout nous avons supprimé l'étape hors ligne de la tampographie. Désormais, le processus est entièrement en ligne. D'où une économie importante », explique Bertrand Werey. « En revanche, si ce marquage tombe en panne, tout l'atelier est bloqué... »

4. Prévoir un bugdet maintenance

Mieux vaut alors prévenir les problèmes de maintenance. « Concernant la source laser, nous mesurons régulièrement sa puissance. Lorsqu'elle faiblit trop, nous la changeons et l'envoyons chez le fournisseur qui nous la restitue deux mois plus tard, une fois réparée », indique Jean-Michel Talon de Lectra. « Nous avons donc toujours une source d'avance car notre machine fonctionne 24 heures sur 24. L'une d'elles a tenu neuf ans, une autre, six ! » Des écarts inexpliqués qui suscitent quelques mécontentements. D'autant que les « consommables », dont les postes n'étaient pas prévus à l'installation, coûtent très cher. « La durée de vie d'une tête laser IR ou UV est de 30 000 à 40 000 heures. Mais, avant cela, il faut changer la diode laser qui coûte de 9 000 à 10 000 euros », calcule Bertrand Werey. En laser UV, certains éléments cassent. Notamment le « tripleur », un cristal qui triple la fréquence et divise par 3 la longueur d'ondes dont le prix atteint près de 17 000 euros pour 20 000 à 25 000 heures. Certains râlent davantage. En témoigne Benoît Haren, technicien de maintenance chez Timken Europe qui fabrique des roulements à rouleaux coniques pour l'automobile et l'industrie : « Toutes les 1 200 heures, il faut changer les deux lampes de nos 17 lasers Yag de Rofin Sinar [devenu Rofin Baasel, NDLR], installés il y a 15 ans. Certaines lampes ne tiennent pas 600 heures ! » Celles-ci coûtent 180 euros pièce. Très peu à côté de leurs alimentations (4 000 euros), « Qswitch » ou commutateurs à quartz (2 000 euros) et barreau Yag (3 400 euros). « Cela finit par revenir très cher. Même en électricité car les deux tiers de l'énergie consommée servent à refroidir les lampes », enchaîne Benoît Haren qui, depuis quatre ans, a intégré quatre lasers à fibre d'ES Technology. « Leur durée de vie dépasse 100 000 heures et ils ne réclament aucune maintenance préventive. Ils vont remplacer nos lasers Yag. »

5. Les espoirs du laser à fibre

« Ces machines vont deux fois plus vite que nos lasers CO2 classiques », calcule Jean-Marc Staerck, PDG de Techlase à Selestat (Bas-Rhin) qui se réjouit de la très longue durée de vie du laser à fibre (plus de 100 000 heures). Ancien ingénieur de l'Irepa Laser, Jean-Marc Staerck s'est lancé en 2004 dans des services innovants de sous-traitance. À commencer par le rechargement laser. « Grâce à une buse, on amène un alliage métallique sous forme de poudre dans le faisceau laser afin de le faire fondre et de le déposer sur la pièce. Cette recharge offre un traitement de surface anti-usure, ou anticorrosion grâce à des alliages à très haute dureté à base de cobalt, nickel ou carbure de tungstène », explique le patron de Techlase qui apprécie également la robustesse du laser à fibre car il n'y a plus de composants onéreux à changer. « Le procédé est également utilisé pour reconstruire des pièces usées ou endommagées qui serviront à leur tour à recréer un prototype ou pour rectifier un loupé d'usinage. » Avantage de la recharge laser, elle élimine le risque de polluer par le fer la couche d'alliage déposée. Ce qui réduit l'épaisseur de l'alliage nécessaire à 1,5 ou 3 mm - contre 3 à 5 mm avec d'autres procédés. Autre domaine d'avenir : « Le laser à fibre démocratise le soudage des thermoplastiques durs, des élastomères thermoplastiques et des composites en verre ou carbone à matrice thermoplastique, à condition que les matériaux soient chimiquement compatibles », précise Sylvain Schloesser, patron du cabinet Schloesser Prodeil. « L'intérêt, c'est d'obtenir des soudures étanches en soudant directement, sans utiliser de colle. »

COÛT

Un laser industriel vaut de 400 000 à plus d'un million d'euros pour la découpe ou le soudage, et de 30 000 à 70 000 euros pour le marquage. Il s'amortit en 3 à 5 ans.

CINQ PRINCIPAUX TYPES

Le laser YAG (Yttrium aluminium garnet) opère dans l'infrarouge. Il est soit continu à pompage par lampes ou par diodes, soit pulsé. Le laser YAG (Yttrium aluminium garnet) opère dans l'infrarouge. Il est soit continu à pompage par lampes ou par diodes, soit pulsé. Le laser CO2 émet dans l'infrarouge et compte parmi les lasers de puissance. C'est le plus répandu des lasers à gaz. Le laser à disque utilise un mince disque de cristal refroidi sur toute sa surface d'un côté et pompé par les diodes laser de l'autre côté. Sa puissance peut dépasser le kilowatt. Le laser à diodes émet un faisceau à partir d'un composant optoélectronique. La puissance obtenue (30 à 50 W) peut être accrue par empilement jusqu'à plusieurs kilowatts. Le laser à fibre utilise la fibre optique comme amplificateur. Il réduit l'encombrement et le coût notamment parce qu'il n'est pas nécessaire de le refroidir en dessous de 10 kilowatts.

7 CONSEILS À SUIVRE

1. Déterminer les interactions entre longueurs d'onde et matériau 2. Calculer la puissance nécessaire en fonction de la rapidité voulue 3. Comparer la commodité du processus laser à d'autres processus 4. Établir le coût derevient de la pièce compte tenu de l'automatisation possible du procédé 5. Intégrer le coût des consommables et pièces de rechange dans le coût global 6. Choisir un fournisseur de laser capable de vous assister dans chacune de vos localisations 7. Rechercher l'équipement qui réclame le moins de maintenance possible

« Le laser s'essaie à l'usinage de grandes pièces »

JEAN-PAUL GAUFILLET DIRECTEUR D'IREPA LASER

« En prototypage rapide, la technologie Clad (Construction laser additive directe) injecte dans un faisceau laser une poudre qui sera fusionnée en même temps que la surface sur laquelle la poudre va être déposée. En empilant ainsi des couches successives, on crée des pièces métalliques en 3D. Jusqu'à aujourd'hui, les pièces ne dépassaient pas 500 x 500 x 500 mm. Dans le cadre d'un projet de recherche avec Dassault Aviation, EADS et Snecma, Irepa Laser construit une machine Clad qui va fabriquer des pièces de 1 000 x 600 mm de diamètre pesant jusqu'à 300 kg ! Une première en France ! Le grand intérêt, c'est de produire des pièces de très grande taille en titane qui sont immédiatement fonctionnelles. Alors qu'auparavant, il fallait les usiner par enlèvement de matière. Les économies attendues sont énormes. »

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