Les lasers sont désormais présents dans presque tous les domaines de la production automobile. Ils sont utilisés à tous les niveaux de la chaîne d'approvisionnement, des fournisseurs de composants et de matériaux de niveau 3 aux plus grands équipementiers mondiaux.
Et les lasers font désormais bien plus que simplement souder. Au-delà de l'assemblage structurel, ils sont utilisés dans la fabrication de batteries, la production d'électronique de puissance, la préparation de surfaces, la traçabilité et toute une série d'applications qui n'existaient même pas il y a dix ans.
Cet article offre un aperçu général de la place occupée par les lasers dans la fabrication automobile moderne. Il met également en évidence les caractéristiques uniques du traitement laser , c'est-à-dire les facteurs qui permettront aux lasers de rester en pole position alors que l'industrie évolue vers une plus grande précision, une automatisation accrue et la croissance rapide de la mobilité électrique.
Qu'est-ce que les lasers ont de si spécial ?
De nombreux secteurs sont aujourd'hui confrontés aux mêmes pressions sous-jacentes. Ils doivent fournir des produits plus précis, de meilleure qualité, plus compacts et moins énergivores. Au niveau de la fabrication, ils doivent également faire face à des exigences accrues en matière de débit, à des exigences plus strictes en matière de durabilité et à une pression constante sur les coûts.
Les lasers sont devenus des outils de fabrication très répandus, car ils permettent souvent d'atteindre tous ces objectifs de manière plus cohérente que les autres procédés mécaniques, thermiques et chimiques. Cela s'explique par les raisons suivantes :
Les lasers sont sans contact : sans usure des outils ni force appliquée, les processus laser restent constants dans le temps.
Les lasers sont très sélectifs sur le plan spatial : un faisceau laser peut être focalisé à quelques microns près ou étendu pour couvrir plusieurs mètres carrés, ce qui aide les systèmes et les opérateurs à diriger l'énergie uniquement là où elle est nécessaire.
Les lasers sont cohérents et lumineux : leur densité de puissance élevée permet un soudage en profondeur, une découpe rapide, des entailles nettes et des zones affectées par la chaleur minimales.
Les lasers sont efficaces : ils convertissent l'électricité en énergie optique avec un rendement élevé, puis couplent cette énergie aux matériaux avec peu de pertes, ce qui réduit l'apport de chaleur et le post-traitement.
Les lasers sont facilement automatisables : presque tous les paramètres de sortie laser peuvent être réglés à distance en temps réel. Cela facilite les processus complexes et les changements rapides.
Les lasers fonctionnent avec de nombreux matériaux : une même plateforme laser peut souvent traiter l'acier, l'aluminium, le cuivre, les alliages de nickel, les aciers revêtus, les plastiques, les composites et les céramiques.
Les lasers prennent en charge la surveillance avancée et le contrôle en boucle fermée : le retour d'information sur le processus – allant de simples lectures de puissance à des mesures en ligne de la profondeur de soudure – permet un contrôle automatisé du laser, contribuant ainsi à obtenir une cohérence supérieure d'une unité à l'autre.
Maintenant, faisons un petit tour des domaines où les lasers ont le plus d'impact dans la fabrication automobile.
Carrosserie brute
C'est dans le domaine des caisses en blanc que les lasers ont fait leur apparition dans la production automobile dans les années 1970, et leur rôle n'a cessé de prendre de l'importance depuis lors. Aujourd'hui, ils sont couramment utilisés pour le soudage à grande vitesse, le découpage et la production de flans sur mesure.
Le soudage au laser présente l'avantage de produire des joints étroits et profonds avec un apport de chaleur minimal. Cela réduit la déformation, améliore l'ajustement et permet de maintenir des tolérances dimensionnelles strictes dans les assemblages de grande taille.
Un faible apport thermique est particulièrement utile lorsque l'on travaille avec les matériaux avancés actuels, notamment les aciers à haute résistance et à très haute résistance. Ceux-ci peuvent se déformer, se fissurer ou perdre leurs propriétés mécaniques uniques lorsqu'ils sont soumis à des méthodes de soudage traditionnelles. Un faible apport thermique est également utile pour assembler des matériaux mixtes, dont les caractéristiques de dilatation thermique et de fusion différentes les rendent susceptibles de se déformer ou de se fissurer avec un soudage conventionnel.
Les lasers permettent également un mouvement continu et ininterrompu grâce au soudage à la volée et aux têtes de balayage montées sur robot. Cela permet aux fabricants d'éliminer les retards liés aux arrêts et redémarrages et d'augmenter le rendement.
Et comme les procédés laser sont propres, cohérents et reproductibles, ils réduisent les retouches et les charges d'inspection en aval. Associés à une surveillance en ligne de la profondeur de soudure et de la position du cordon, les lasers offrent aux équipementiers une méthode d'assemblage de haute qualité qui s'intègre facilement dans les ateliers de carrosserie automatisés modernes.
Composants du groupe motopropulseur et du châssis
Les lasers jouent également un rôle croissant dans la production de composants de transmission et de châssis, où la précision et la répétabilité influencent directement les performances, la durabilité et la sécurité des véhicules. Bon nombre de ces pièces boîtiers de transmission, carters d'unité motrice, plaques de refroidissement, supports de montage et composants de suspension, présentent des géométries complexes et des épaisseurs de matériaux variables.
Toutes ces applications de soudage bénéficient du contrôle thermique précis offert par les lasers. Le contrôle précis de l'apport thermique permet d'obtenir des joints solides et uniformes avec une distorsion minimale, aidant ainsi les fabricants à maintenir l'alignement et l'intégrité mécanique des pièces soumises à une charge continue.
Les configurations laser à fibre à double faisceau récemment développées renforcent encore ces avantages en permettant le soudage sans projections de composants moulés et usinés, un domaine d'application autrefois dominé par les lasers CO₂. Les lasers à double faisceau offrent un processus propre et stable, ce qui est particulièrement important pour les assemblages contenant des lubrifiants, des roulements ou des surfaces de précision qui doivent rester exempts de contamination.
Fabrication de batteries pour la mobilité électrique
Nulle part ailleurs l'adoption du laser n'a connu une accélération aussi rapide – ni joué un rôle aussi déterminant – que dans la fabrication de batteries pour véhicules électriques. Les cellules, modules et packs de batteries nécessitent tous un assemblage précis et reproductible de composants en cuivre, en aluminium et en nickel. Tous ces matériaux sont réputés difficiles à souder avec les procédés traditionnels.
Les lasers offrent le contrôle thermique précis nécessaire pour former des connexions électriques mécaniquement solides et à faible résistance. Et ils le font sans endommager les films séparateurs, les adhésifs ou les couches isolantes à proximité. Ils permettent le soudage à grande vitesse des languettes aux barres omnibus, le soudage des feuilles et la découpe de précision des collecteurs de courant avec un minimum de bavures ou de débris.
Les configurations laser à fibre à double faisceau et à faisceau oscillant sont là encore essentielles. Leur utilisation réduit les projections et minimise la porosité. Cela garantit une qualité de connexion constante sur des milliers de joints par paquet.
Les innovations en matière de surveillance optique en ligne améliorent encore la qualité du processus en permettant une validation en temps réel de la profondeur de soudure, de la position du cordon et de l'uniformité. Tout cela offre aux fabricants de véhicules électriques un processus évolutif et à haut rendement pour la construction des cellules, des modules et des structures de packs qui sont au cœur de la mobilité électrique moderne.
Moteurs électriques
Le traitement au laser est précieux dans la fabrication des moteurs de traction pour véhicules électriques, en particulier ceux conçus autour d'enroulements en épingle à cheveux. Leurs conducteurs en cuivre doivent être dénudés, façonnés et soudés avec précision afin de minimiser la résistance électrique et de respecter les tolérances mécaniques strictes dans l'enroulement final assemblé.
Les lasers sont souvent utilisés en premier lieu pour éliminer proprement et précisément l'isolation en émail. Ils permettent d'exposer le cuivre sous-jacent sans contact mécanique, déformation ou dommage thermique. Ces résultats sont difficiles à obtenir avec des méthodes de décapage abrasives ou chimiques.
Pour réaliser les connexions électriques finales, le soudage au laser produit des joints solides et à faible projection avec un apport de chaleur minimal. Cela protège l'isolation, les laminages et les matériaux d'enrobage époxy à proximité. Le double faisceau , et en particulier les implémentations à faisceau oscillant, améliorent encore le comblement des espaces et la cohérence de la soudure, garantissant des performances uniformes sur des milliers d'épingles à cheveux.
Intérieur et garnitures
Les lasers permettent d'effectuer diverses opérations d'aménagement intérieur et de finition. Ils sont utiles dans ce domaine car ils allient précision et rapidité et offrent souvent un résultat esthétique supérieur. De nombreux composants en plastique, en tissu, en composite et revêtus, en particulier ceux qui sont visibles par le consommateur, nécessitent des découpes nettes, perforations ou des motifs de trous précisou des éléments décoratifs.
Les outils mécaniques ont du mal à créer de tels bords sans introduire de rugosité ou de déformation. Les lasers permettent d'obtenir des bords lisses et reproductibles avec un impact thermique minimal. Cela améliore l'aspect esthétique et réduit le besoin de post-traitement en aval pour restaurer l'apparence. Leur capacité à découper des contours complexes les rend idéaux pour les ouvertures de tableaux de bord, les fenêtres de capteurs, les grilles de haut-parleurs et les perforations esthétiques.
Le marquage laser, et en particulier le marquage jour/nuit, est utilisé dans tous les intérieurs automobiles. Il est idéal pour les boutons rétroéclairés, les commutateurs et les pièces de garniture qui nécessitent des marquages attrayants, très lisibles et parfois complexes. Comme il ne nécessite aucun outil et est compatible avec une large gamme de matériaux, le marquage laser facilite les changements rapides d'options et les changements de variantes sans réoutillage.
Traçabilité et marquage de conformité
Les propriétés intéressantes du marquage laser ont conduit à son utilisation généralisée dans les applications de traçabilité automobile. La principale d'entre elles est l'absence de contact ou d'usure des outils, ce qui élimine le risque de déformation des surfaces délicates. De plus, comme les lasers peuvent générer des marques extrêmement petites ou très grandes, ils conviennent à toutes les applications, de la micro-sérialisation aux identifiants de grande taille et à fort contraste.
La possibilité de contrôler le marquage laser à l'aide d'un logiciel permet la sérialisation ou la modification du contenu du marquage à la volée, sans réoutillage. Et comme les lasers fonctionnent sur les métaux, les plastiques, les revêtements et les composites, une seule plateforme peut marquer la plupart des matériaux utilisés dans un véhicule.
Parmi les principales applications de marquage, on peut citer les composants de freinage, les modules d'airbag et les fixations structurelles. Ceux-ci nécessitent des identifiants durables et permanents, capables de résister à la chaleur, aux fluides et aux vibrations tout au long de la durée de vie du véhicule. Les composants électroniques et les boîtiers, notamment les unités de commande, les capteurs et les modules d'alimentation, nécessitent des marquages qui n'endommagent pas les composants internes et ne compromettent pas les joints. Et tout au long de la chaîne d'approvisionnement, la sérialisation et le codage matriciel facilitent le suivi des pièces, le contrôle des variantes et la conformité aux exigences industrielles et réglementaires.
Nettoyage des surfaces
Les lasers sont de plus en plus utilisés pour la préparation des surfaces lorsqu'il est important de contrôler avec précision la profondeur d'enlèvement de matière et de préserver les structures sous-jacentes. Le nettoyage au laser permet d'atteindre cet objectif en éliminant la rouille, les oxydes, les adhésifs et la peinture sans contact mécanique ni abrasif. Le processus expose une surface propre et uniforme tout en évitant la déformation, l'endommagement du substrat ou les résultats incohérents qui peuvent se produire avec le sablage ou le meulage.
La faible apport de chaleur préserve les propriétés des matériaux environnants, ce qui est important lors de la préparation de pièces pour le soudage ou le collage. Les lasers peuvent même texturer les surfaces selon des motifs contrôlés afin d'améliorer la force d'adhérence ou de favoriser la mouillabilité. Le processus étant programmable, les fabricants peuvent appliquer ces traitements à des zones spécifiques sans masquage ni fixation.
Durcissement du revêtement en poudre
L'utilisation de systèmes laser à diode haute puissance pour le durcissement des revêtements en poudre commence tout juste à s'imposer. En effet, le durcissement au laser offre plusieurs avantages par rapport aux fours à convection ou à lampes IR traditionnels.
Comme les lasers fournissent un chauffage localisé, seules les zones recouvertes atteignent les températures de fusion et d'écoulement. La lumière laser infrarouge à bande étroite est fortement absorbée par les particules de poudre, ce qui améliore l'efficacité du durcissement et minimise le chauffage global de la pièce sous-jacente. Le rendement de conversion électrique des lasers à diode est également nettement supérieur à celui des autres sources infrarouges, ce qui signifie qu'une plus grande partie de la puissance d'entrée est directement utilisée pour le durcissement plutôt que d'être perdue sous forme de chaleur excessive.
Ensemble, ces caractéristiques rendent le durcissement au laser nettement plus rapide et plus économe en énergie que les autres méthodes. De plus, le durcissement au laser des revêtements en poudre se prête au contrôle en ligne du processus, ce qui permet d'obtenir des résultats très homogènes.
Démarrer avec une solution laser
Si le traitement au laser offre clairement de nombreux avantages, les meilleurs résultats et les plus rentables pour une application spécifique sont obtenus plus facilement en s'associant à un fournisseur de solutions laser expérimenté.
Vous développez ou optimisez un processus de fabrication automobile ? Les projets automobiles commencent souvent dans nos laboratoires d'application, où nous aidons à développer, valider et optimiser les processus avant de les mettre en œuvre et de les adapter à la production. À mesure que les exigences automobiles évoluent, IPG reste un partenaire engagé pour des solutions laser fiables et à haut rendement.
