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 de verre ou de carbone. 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. Les projets européens « Fibre Chain » et « InProLight » financés par le ministre 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 ka 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.

Découpe sans endommagement des bords
En plus de l’assemblage des CPR et de l’élaboration de connections plastique-métaux, la découpe est un autre procédé indispensable dans la réalisation de constructions légères. En effet, découper la matière de base, réaliser tous les 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 œuvre 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 on t ainsi réussi à éliminer les dommages thermiques en employant un laser de forte puissantce avec des impulsions ultra-courtes. Avec des ressources laser jusqu’à 500W, des combinaisons de matériaux sesibles pour l’aéronautire oeuvent 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’occurrence 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 notammment pour les machines-outils et le BTP comme alternative aux matériaux classiques.

Plus d’information: www.ilt.fraunhofer.de