Les méthodes d'usinage traditionnelles comprennent la découpe mécanique, la découpe thermique (par exemple, plasma/flamme) et la découpe laser conventionnelle. L'usinage mécanique est basé sur le contact ; l'usure des outils et les forces de coupe peuvent induire des micro-dommages et des déformations, limitant la précision et l'intégrité de la surface réalisables. La découpe thermique est efficace pour les sections épaisses, mais produit généralement de grandes HAZ, des contraintes résiduelles et des microfissures qui réduisent les performances mécaniques. Le traitement laser conventionnel, bien que polyvalent, peut encore souffrir de HAZ relativement importantes et de performances instables sur les matériaux hautement réfléchissants ou sensibles à la chaleur.

Comme résumé à la Fig. 3, le WJGL utilise l'eau comme milieu de transmission et comme liquide de refroidissement simultané, réduisant considérablement la HAZ et supprimant la distorsion et la microfissuration, améliorant ainsi la précision et la qualité des bords/surfaces (voir Fig. 4). Ses avantages peuvent être résumés comme suit :

1. Faibles dommages thermiques et qualité améliorée: La capacité thermique massique élevée et le débit continu de l'eau éliminent rapidement la chaleur, limitant l'accumulation thermique et aidant à préserver la microstructure et les propriétés.

2. Stabilité de focalisation et utilisation de l'énergie améliorées: Le confinement dans le jet réduit la diffusion et la perte d'énergie par rapport à la propagation en espace libre, permettant une densité d'énergie plus élevée et un traitement plus constant—bien adapté à la coupe fine, au micro-perçage et aux géométries complexes.

3. Fonctionnement plus propre et plus sûr: Le milieu aqueux capture et élimine les fumées, les particules et les débris, réduisant la contamination en suspension dans l'air et améliorant la sécurité au travail.

Spécification

Partage des applications et répartition sectorielle des matériaux de découpe au laser guidé par jet d'eau (WJGL)

Aérospatiale et énergie (≈30–35%)

Ce secteur représente la plus grande part des applications WJGL. Les matériaux typiques comprennent les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP), les composites à matrice d'aluminium (Al MMC) et les composites à matrice céramique (CMC). Le WJGL est particulièrement adapté à ces matériaux en raison de sa capacité à minimiser les dommages thermiques et à préserver les propriétés mécaniques lors de la découpe de composites thermiquement sensibles et anisotropes utilisés dans les structures aérospatiales et énergétiques haute performance.

Instruments de précision et matériaux métalliques (≈25–30%)

Une part importante de l'utilisation du WJGL est consacrée à la transformation des métaux de précision. Les applications représentatives comprennent les aubes de moteur fabriquées à partir de superalliages à base de Ni (par exemple, Inconel 718, Haynes 188), d'alliages de titane (Ti-6Al-4V) et de composants de haute précision tels que les pièces de montres fabriquées à partir de Cu, Al et Ti. La technologie permet une grande précision dimensionnelle, des largeurs de trait de scie étroites et une qualité de surface supérieure.

Semi-conducteurs et microélectronique (≈20–25%)

Dans le secteur des semi-conducteurs et de la microélectronique, le WJGL est largement appliqué à la découpe de matériaux cristallins et fragiles, notamment les plaquettes de silicium, les diamants et les matériaux photovoltaïques tels que le Si et le GaAs. Sa capacité à supprimer les microfissures, l'écaillage et les dommages de subsurface le rend bien adapté à la découpe de plaquettes de haute précision et à la fabrication à micro-échelle.

Composants médicaux (≈10–15%)

Bien que plus petites en part globale, les applications médicales sont de grande valeur technologique. Le WJGL est principalement utilisé pour fabriquer des stents plats cardiovasculaires à partir d'alliages biocompatibles tels que CoCr, NiTi, Cr-Pt et des alliages de magnésium. Le processus répond aux exigences strictes en matière de caractéristiques ultra-fines, de tolérances serrées et de zones affectées thermiquement minimales, essentielles aux performances des dispositifs médicaux.

Dans l'ensemble, la répartition sectorielle démontre que la découpe WJGL est principalement employée dans les domaines de la fabrication de pointe où une haute précision, un faible impact thermique et une excellente intégrité des matériaux sont essentiels.

FAQ sur le laser guidé par jet d'eau (WJGL)

 

1) Qu'est-ce que l'usinage au laser guidé par jet d'eau (WJGL) ?

Le WJGL est une méthode de traitement laser dans laquelle le faisceau laser est couplé dans un micro-jet d'eau. Le jet d'eau agit à la fois comme un milieu de guidage du faisceau et comme un milieu de refroidissement/d'élimination des débris, permettant une haute précision avec une réduction des dommages thermiques.

2) Comment fonctionne le WJGL ?

Le WJGL repose sur la réflexion interne totale à l'interface eau–air. Parce que l'eau et l'air ont des indices de réfraction différents, le laser peut être confiné et guidé dans la colonne d'eau—semblable à une « fibre optique liquide »—et délivré de manière stable à la zone d'usinage.

3) Pourquoi le WJGL réduit-il la zone affectée thermiquement (HAZ) ?

L'eau qui coule en continu élimine efficacement la chaleur grâce à sa capacité thermique élevée. Cela supprime l'accumulation de chaleur, réduisant la HAZ, la distorsion et la microfissuration.