Applications laser pour l'électromobilité

L'importance du soudage laser n'a cessé de croître dans la construction automobile ces dernières années, dépassant largement le cadre de la construction des carrosseries. De nombreux composants situés « sous le capot », plus précisément dans le groupe propulseur, profitent de ce mode opératoire alliant précision et rapidité. Le soudage laser est de plus en plus utilisé dans la fabrication des moteurs électriques, notamment pour les connexions en cuivre ou en aluminium dédiées à l'entraînement électrique et à la batterie. Les arbres de rotor peuvent aussi profiter des atouts du soudage laser. Pour usiner ces « arbres de rotor en construction légère », l'utilisateur profite de la grande expérience des spécialistes d'EMAG LaserTec en matière de composants. L'entreprise est le leader mondial de la fabrication des composants de groupes motopropulseurs

Le génie mécanique rencontre le laser

Seule une extrême précision du système de guidage du rayon et du serrage des pièces à usiner permettent de réaliser des cordons de soudure hautement précis et complexes. Autrement dit, savoir comment une pièce à usiner peut être serrée et usinée en une opération sécurisée est absolument essentiel pour la production industrielle. Il est nécessaire de prendre en compte l'infrastructure complète de l'utilisateur concerné lors de la conception du processus, approche plutôt classique dans le génie mécanique. Comment et dans quel état les pièces arrivent-elles à la machine ? Comment se déroulent le chargement et le déchargement de la machine ? Quelle opération se déroule en aval ? Tous ces aspects influencent la sécurité du processus et doivent être considérés. Les installations de soudage laser de production modernes, de la série EMAG ELC par exemple, qui répondent parfaitement à ces exigences, ont ainsi bien plus de points communs avec des machines outils qu'avec des installations de soudage classiques.

Machines de nettoyage au laser

Pour que les cordons de soudure produits soient parfaits, il demeure nécessaire de préparer les pièces à usiner ; et les exigences en matière de propreté des pièces à usiner sont élevées pour le soudage au laser à solide. Les restes de lubrifiant réfrigérant par exemple produisent des défauts de type pores ou retassures dans le cordon de soudage, et doivent donc impérativement être éliminés avant le soudage. Pendant de nombreuses années, l'état de la technique était représenté par des laveurs en continu qui assuraient le lavage des pièces à usiner, mais une alternative existe entre temps : le nettoyage au laser. EMAG Laser Tech utilise cette technique depuis des années dans ses propres machines de nettoyage au laser, pour obtenir des cordons de soudage parfaits.  Ce nettoyage est réalisé en ce que l'on appelle une ablation, opération lors de laquelle la surface de la pièce est soumise à des impulsions laser courtes mais très puissantes (> 10 kW). Le rayon laser pulsé atteint une surface avec un haut niveau de puissance. Le matériau se vaporise subitement en une opération qui échauffe uniquement une couche très mince. Ce qui permet, impulsion après impulsion, de débarrasser une pièce de plusieurs types de souillure ou de revêtement, qu’il s’agisse de lubrifiant réfrigérant ou d’huile, de couches d’oxyde ou de graphite, voire de rouille, de peinture ou de phosphate. Cette technique sert aussi à préparer des surfaces de manière adaptée au traitement qui suivra (par grainage, par exemple). Pour résumer, cette méthode est extrêmement flexible et efficace énergétiquement.

Laser Metal Deposition (revêtement laser)

EMAG LaserTec a élaboré deux autres machines destinées aux applications laser, qui peuvent effectuer notamment le revêtement de disques de freins. Les systèmes de freinage utilisés de nos jours génèrent beaucoup (trop) de particules fines, depuis toujours. À cela s'ajoute cependant un nouvel enjeu : sur les voitures électriques, les freins sont rarement utilisés, car la récupération du moteur produit déjà un freinage suffisant – et le disque de frein inutilisé de manière prolongée risque même de rouiller. La solution : des disques de freins revêtus, donc protégés de l'usure et de la corrosion. Les disques ne produisent ainsi pas de particules fines. EMAG compté désormais les machines ELC 450 LMD et ELC 500 DUO LMD dans son portefeuille, sur lesquelles la Laser Metal Deposition se déroule en toute sécurité pour fabriquer de tels disque de freins. Lors de ce processus, une couche adhésive puis la couche de métal dur sont appliquées successivement par processus de soudage laser sur le disque de frein. Pratiquement sans aucune perte de matériau.

Un coup d'œil sur les détails de la machine révèle comment se présente ce processus. Les machines sont équipées au choix d'1 ou de 2 (DUO) plateaux circulaires. En fonction des exigences auxquelles le revêtement doit répondre, le composant subit l'opération deux à quatre fois.

À quelles exigences le revêtement au laser doit-il répondre ?

La sécurité des processus est indispensable dans toute la fabrication industrielle. Il s'agit de contrôler le processus complet. Pour le revêtement au laser, cela signifie dans le détail :

• Détermination du poids de la pièce brute
• Préparation du revêtement au laser : plusieurs options sont disponibles, le nettoyage au laser ou le préchauffage des composants par exemple.
• Revêtement au laser : hormis le revêtement lui-même, les systèmes de surveillance de la qualité et de régulation sont extrêmement importants. Exemples :
  • Surveillance et régulation de la température de la pièce à usiner
  • Mesure active d'épaisseur de couche
  • Surveillance active du bain de fusion
  • Contrôle de l'acoustique du jet de poudre
  • Calibrage de l'alimentation de la quantité de poudre, etc.

Cela souligne que le processus réel de fabrication est bien plus complexe que la simple maîtrise de la technologie utilisée. Les exigences maximum doivent s'appliquer à la qualité pour des milliers de pièces, jour après jour - une des caractéristiques du génie mécanique.

Et il est indispensable de garder à l'esprit les étapes suivantes. Sans se limiter au transport des pièces usinées, mais en pensant aussi à l'étape qui suivra logiquement dans le processus. Dans le cas des disques de freins à revêtement, un ponçage de la surface est nécessaire. EMAG, qui a aussi développé une machine pour cette étape, est donc en mesure de proposer le matériel destiné au processus complet, de l'usinage de la fonte au dernier ponçage, en passant par le revêtement au laser.

Ce savoir empirique et technologique large permet à EMAG et surtout à EMAG LaserTec de proposer des solutions personnalisées s'appuyant sur des processus standardisés. L'entreprise garantit dans le même temps que tous les processus de production concernant tous les aspects des applications laser présentées sont économiques, car la structure de la machine, la technologie et le logiciel correspondant sont parfaitement adaptés les uns aux autres. Il s'agit de caractéristiques concernant tous les paramètres d'EMAG LaserTec.

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