Les solutions de nettoyage laser deviennent la norme dans les applications industrielles. Leurs performances sont inégalées par les procédés alternatifs. Leurs performances répondent à des objectifs esthétiques, fonctionnels et physiques.
C'est pourquoi les professionnels novices en la matière se demandent souvent : « Qu'est-ce que le nettoyage laser ? » Comprendre les capacités du nettoyage laser peut améliorer les résultats de tout processus de fabrication.
Cet article approfondit le concept du nettoyage laser. Vous découvrirez le fonctionnement des machines de nettoyage laser, les différentes méthodes, les types, les paramètres et bien d'autres informations utiles.
Qu'est-ce que le nettoyage au laser ?
Le nettoyage au laser est une forme d'ablation laser qui utilise un faisceau lumineux à haute énergie pour éliminer les contaminants de la surface d'un matériau. Laser signifie « Amplification de la Lumière par Émission Stimulée de Rayonnement ».
Le nettoyage laser utilise de courtes impulsions de faisceau laser. L'impulsion est à haute fréquence pour augmenter l'énergie stockée. De plus, le diamètre du faisceau est focalisé sur une zone très restreinte.
Lorsque les lasers haute puissance frappent une surface contaminée, les contaminants absorbent l'énergie stockée. Les lasers haute énergie vaporisent les particules contaminantes au contact, ce qui permet d'éliminer complètement les contaminants de la surface. Les contaminants courants comprennent les oxydes, les huiles, les phosphates, la peinture ou toute autre couche de matériau indésirable.
Le faisceau laser focalisé peut être contrôlé pour se déplacer sur les zones souhaitées du matériau. Il permet ainsi un nettoyage très direct, éliminant les zones sensibles qui ne nécessitent pas de nettoyage.
Qui a inventé le nettoyage au laser ?
JF Asmus a inventé la technologie du nettoyage laser en 1973. Il a proposé l'idée du nettoyage laser pour la restauration d'œuvres d'art. Cependant, la technologie laser était alors très limitée. Le développement de la technologie laser, combiné aux idées de JF Asmus, a donné naissance à la technologie de nettoyage laser actuelle.
Comment fonctionne le nettoyage au laser ?
Le processus de nettoyage laser repose sur la physique de l'amplification de la lumière et de l'énergie libérée par ces rayons. Il comprend plusieurs étapes, de la préparation au post-traitement. Étudions-les une par une :
Quel est le processus de nettoyage au laser ?
1. Prérequis
Avant de commencer le nettoyage laser, il est important de connaître le seuil d'ablation laser du matériau indésirable. Ce seuil correspond à la limite d'énergie minimale du laser au-delà de laquelle le matériau indésirable se vaporise. Ce seuil varie selon les matériaux, comme les oxydes, la rouille, la peinture, les huiles, etc. Il est donc important de connaître cette valeur pour le matériau à éliminer.
Un tir laser en dessous du seuil d'ablation n'aura aucun effet. Un tir trop loin du seuil d'ablation peut endommager la pièce principale. Par conséquent, l'énergie laser doit être légèrement supérieure au seuil d'ablation. De plus, la différence entre les seuils d'ablation du matériau indésirable et de la surface sous-jacente doit être suffisamment importante.
2. Configuration du laser
Chaque machine de nettoyage laser est livrée avec ses propres instructions d'installation. Consultez le manuel de votre machine pour savoir comment la préparer. Il est important de porter une protection oculaire au-delà de cette étape.
3. Livraison du faisceau
Le faisceau laser est dirigé vers la pièce. Il est envoyé par courtes rafales plutôt que par longues expositions. Le mode d'émission et le mouvement du laser dépendent du type de système de nettoyage laser utilisé. Certains systèmes laser peuvent scanner la pièce pour détecter les zones à nettoyer. L'opérateur peut ajuster la vitesse de balayage.
4. Extraction du panache
Lorsqu'une grande quantité de particules contaminantes est éliminée, un flux ascendant de vapeur se produit. Ce panache peut bloquer la trajectoire du laser et se déposer à nouveau sur la pièce. C'est alors que le processus d'extraction du panache a lieu. Un mécanisme de soufflage de poussière empêche le panache de se déposer à nouveau et de bloquer le processus de nettoyage laser.
5. Contrôle
Une inspection de la pièce est ensuite effectuée pour vérifier si la tâche a été effectuée correctement. Si des traces de contaminant sont détectées, la pièce est soumise à un nouveau cycle de nettoyage laser.
6. Post-traitement
Une fois le nettoyage terminé, la pièce est soumise à un traitement secondaire. Ce traitement est facultatif et dépend des exigences du travail. Par exemple, la pièce doit être recouverte d'une couche anticorrosion après dérouillage par nettoyage laser. Cela permet d'éviter toute contamination ultérieure par la rouille.
Modes de nettoyage laser
Il existe deux modes de fonctionnement du nettoyage laser :
Nettoyage au laser pulsé : Le nettoyage au laser pulsé utilise un faisceau laser alternatif haute fréquence. Ce faisceau envoie une brève décharge d'énergie au contaminant, l'éliminant instantanément. Il s'agit du mode de nettoyage laser privilégié.
Nettoyage laser continu : Le nettoyage laser continu implique une exposition prolongée de la pièce au faisceau laser. Il permet un nettoyage en profondeur de la pièce. Cependant, il présente un risque de surchauffe et d'endommagement du matériau sous-jacent.
Quelles sont les différentes méthodes de nettoyage au laser ?
Il existe deux méthodes différentes pour réaliser le nettoyage laser :
Nettoyage laser à sec
Le nettoyage laser à sec irradie directement la surface avec le faisceau laser. Les contaminants sont éliminés par le laser. Les particules contaminantes sont vaporisées et éliminées de la surface. Le nettoyage laser à sec est idéal pour le nettoyage de surfaces sensibles telles que les œuvres d'art.
Nettoyage laser humide
Le nettoyage laser humide commence par l'application d'une couche liquide sur la surface. Ensuite, l'ablation laser démarre. Le faisceau laser chauffe et vaporise la couche liquide. La vaporisation du film liquide provoque un choc électrique sur les contaminants, les délogeant de la surface. Une exigence majeure des systèmes de nettoyage laser humide est que les contaminants ne réagissent pas avec le film liquide. Cela peut provoquer des réactions chimiques indésirables et compliquer le nettoyage.
Quels sont les différents types de machines de nettoyage laser ?
De nombreux types de systèmes de nettoyage laser sont disponibles pour répondre à divers besoins. Examinons-les un par un :
- Nettoyeur laser portatif : Un nettoyeur laser portatif est un petit appareil qui peut être tenu et utilisé manuellement. Le dispositif de diffusion laser est relié à une unité de commande. Cette unité est un peu encombrante, mais reste portable et maniable.
- Nettoyeur laser pour convoyeurs : une machine de nettoyage laser pour convoyeurs est équipée d'un dispositif laser monté sur des convoyeurs. La pièce est automatiquement alimentée par le laser, qui peut scanner et nettoyer toute sa surface à l'intérieur du compartiment laser. Ces machines s'intègrent parfaitement aux chaînes de production d'assemblage où les produits se déplacent sur des convoyeurs. L'industrie automobile en est un exemple courant.
- Nettoyeur laser robotisé : Le nettoyeur laser robotisé est équipé de systèmes de diffusion de faisceaux montés sur les bras des robots. Une autre option consiste à utiliser une commande numérique par ordinateur (CNC) pour contrôler le mouvement du laser autour de la pièce.
- Système laser fermé : Ce système est doté d'une enceinte où la pièce est confinée pour le nettoyage laser. L'opérateur ne peut pas accéder à la pièce pendant l'opération de nettoyage, ce qui renforce la sécurité du personnel.
Types de laser en fonction de la source d'émission
Les lasers peuvent être classés en plusieurs types selon la source et le mode d'émission. Ces différents types de lasers sont :
- Laser CO2 : Dans un laser CO2, un courant électrique traverse une chambre à gaz contenant du dioxyde de carbone (CO2). Il en résulte l'émission d'un laser visible. Il s'agit de l'un des systèmes d'émission laser les plus courants. Ces lasers sont un sous-type de lasers à gaz. D'autres alternatives au CO2 sont l'hélium-néon, l'argon et le krypton.
- Laser à solide : Le laser à solide remplace le CO2 gazeux par une structure cristalline. Le cristal contient du verre ou du rubis mélangé à une terre rare spéciale comme le chrome, le néodyme, l'erbium, etc. Le grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme (Nd:YAG) est un exemple courant de ce type de laser.
- Laser à fibre : Le laser à fibre utilise une fibre optique à base de silice comme support. Cette fibre contient également des traces de terres rares. Il permet une focalisation élevée sur une zone très restreinte. Ces lasers sont plus compacts et leur fonctionnement est peu coûteux. C'est le type d'émission le plus utilisé pour le nettoyage laser.
- Laser à semi-conducteur : Le laser à semi-conducteur, également appelé laser à diode directe, utilise une diode spéciale capable d'émettre spontanément. La diode émet le faisceau laser sous l'effet d'un courant.
Quels sont les avantages du nettoyage au laser ?
Le nettoyage au laser présente de nombreux avantages à offrir par rapport à d'autres alternatives. Voici quelques-uns de ces avantages :
- Nettoyage sélectif : Le nettoyage au laser permet de cibler la couche de contaminants à éliminer. Le matériau sous-jacent sera toujours préservé.
- Sans consommables : Aucun solvant ni produit chimique n'est nécessaire pour le nettoyage laser. Ce procédé est entièrement sans consommables.
- Polyvalence : Le nettoyage laser est un procédé très polyvalent. Il peut s'appliquer à tous types de matériaux. L'important est de connaître le seuil d'ablation.
- Rapidité : Le nettoyage laser est un procédé ultra-rapide. Contrairement au nettoyage chimique, il n'y a ni temps de séchage ni période d'attente. De plus, la vitesse des lasers haute puissance permet de nettoyer n'importe quel matériau en quelques secondes.
- Résultats de haute qualité : le nettoyage au laser nettoie efficacement la surface, offrant une finition de surface de très haute qualité.
- Intégrité du matériau : L'intégrité du matériau est préservée lors du nettoyage laser. En effet, le laser interagit uniquement avec le contaminant et son énergie est trop faible pour endommager le métal sous-jacent.
Quelles pièces un laser peut-il nettoyer ?
Les nettoyeurs laser sont utilisés pour éliminer de nombreuses particules indésirables des surfaces métalliques. Voici quelques exemples courants :
- Rouille : L'élimination de la rouille par laser est l'une des applications de nettoyage laser les plus courantes. Les lasers peuvent éliminer la corrosion sur tous types de surfaces métalliques.
- Peinture : Le nettoyage au laser est un excellent moyen d'éliminer la peinture lors de la repeinture de surfaces. Le nettoyage chimique de la peinture est souvent dégradant pour le métal sous-jacent.
- Graisse et huile : L'élimination des contaminants gras et huileux est une exigence courante pour tous types de surfaces. Le nettoyage de surface au laser permet de nettoyer ces matériaux sans contact.
- Saleté : La saleté s'accumule sur toutes les surfaces. Le nettoyage au laser élimine les particules de saleté sans nécessiter de dépoussiérage ni d'essuyage manuel.
- Collage : Les résidus de collage sont difficiles à éliminer sans produits chimiques. Le nettoyage au laser est le meilleur procédé pour éliminer les résidus de collage sans produits chimiques.
- Objets historiques : Les objets historiques sont sensibles aux dommages. Le nettoyage au laser permet de les nettoyer avec le plus grand soin sans les endommager.
- Circuits imprimés : les composants électroniques comme les circuits imprimés sont sensibles aux fluides en raison des défauts électriques qu'ils peuvent provoquer. Le laser est un excellent moyen de nettoyer les composants électroniques sans provoquer de panne électrique.
Outre les pièces ci-dessus, les nettoyeurs laser peuvent utiliser de nombreux autres objets. Voici les suivants :
- Matériel médical
- Verrerie
- Optique
- Pièces pour l'industrie automobile
Quels matériaux un laser peut-il nettoyer ?
Le nettoyage au laser peut nettoyer de nombreux matériaux différents , comme:
- Surfaces métalliques
- Plastiques
- Verre
- Céramique
- Pierre
- Béton
Applications industrielles des systèmes de nettoyage laser
Le nettoyage au laser est préféré aux méthodes de nettoyage industriel traditionnelles dans de nombreux secteurs. Parmi les plus courantes, applications du nettoyage laser sont dans ces industries :
- Automobile
- Aérospatial
- Médical
- Culturel et Patrimoine
- Électronique
- Verre et Optique
- Semi-conducteur
- Fabrication de métaux
- Impression
Le nettoyage au laser est-il sûr ?
Oui, le nettoyage laser est un procédé totalement sûr. Cependant, il est important d'utiliser le système de nettoyage laser conformément à sa conception. Le nettoyage laser est soumis à un protocole de sécurité qui protège les organes humains, comme les yeux, contre tout danger. Le port de lunettes de protection est primordial lors du nettoyage laser.
Le nettoyage au laser est-il respectueux de l’environnement ?
Oui, le nettoyage laser est une solution très écologique. Contrairement aux méthodes de nettoyage traditionnelles, il n'utilise pas de produits chimiques nocifs pour l'environnement. De plus, il favorise le recyclage et la réutilisation des pièces. Cela fait du nettoyage laser une solution écologique et durable.
Le nettoyage au laser est-il cher ?
Non, le nettoyage laser n'est pas du tout coûteux. En fait, c'est l'une des méthodes de nettoyage industriel les plus rentables. Contrairement aux méthodes traditionnelles, il n'utilise aucun consommable. Par conséquent, le coût d'exploitation des systèmes de nettoyage laser est quasiment nul. Seul l'investissement initial à l'achat de la machine compte.
Points importants à prendre en compte lors de l'achat ou de l'utilisation d'une machine de nettoyage laser
Machines de nettoyage laser , comme ceux fournis par Allied Scientific Pro, sont polyvalents en ce qui concerne les matériaux et les contaminants qu'ils peuvent nettoyer.
Cependant, il est important de prendre en compte certains facteurs au préalable lors du choix d’un système de nettoyage laser pour une application particulière :
- Puissance laser : La puissance laser est le principal facteur déterminant la quantité d'énergie stockée dans un laser. L'unité de puissance laser est le watt (W). Un faisceau laser pulsé produit de brèves impulsions de forte énergie. Par conséquent, la puissance laser de ce type de faisceau est mesurée comme une valeur moyenne. L'énergie de crête d'un faisceau laser pulsé peut être cent fois supérieure à la puissance laser nominale. Les lasers sont généralement proposés avec plusieurs réglages de puissance.
- Extraction des fumées : Le système d'extraction des fumées doit être utilisé en conjonction avec le faisceau laser incident. Un bon système d'extraction des fumées maintient les vapeurs hors de portée du rayonnement laser.
- Durée d'impulsion : Des impulsions plus longues augmentent l'exposition au traitement laser. Une durée trop longue peut endommager le matériau sous-jacent. Une durée trop courte peut être insuffisante pour nettoyer le matériau. Choisissez une durée permettant d'effectuer le traitement correctement.
- Système de balayage : Un système de balayage peut inspecter les zones contaminées et rediriger automatiquement le laser pour les nettoyer. Cela permet un nettoyage laser rapide et entièrement automatisé.
- Types de contaminants : Chaque contaminant a son propre seuil d'ablation. Il est important de bien comprendre le contaminant à éliminer avant d'utiliser l'impulsion laser.
- Rentabilité : Le nettoyage est généralement une étape secondaire de finition dans la plupart des industries. Assurez-vous que le budget consacré aux nettoyeurs laser constitue une solution rentable pour votre secteur.
- Fiabilité : La machine de nettoyage laser doit être fiable pour résister à l'usage industriel prévu. Toute panne de la machine peut entraîner des perturbations de la chaîne d'approvisionnement et des temps d'arrêt.
Nettoyage au laser vs. méthodes de nettoyage traditionnelles
Pour évaluer l’efficacité de la technologie laser, il est important de la comparer à d’autres méthodes de nettoyage.
Nettoyage au laser ou sablage
Le nettoyage au laser est nettement préférable au sablage. Ce procédé nécessite un volume important de sable. De plus, ses performances sont très limitées et il est dangereux pour l'opérateur. En revanche, les systèmes laser ne présentent pas ces inconvénients.
Nettoyage au laser ou nettoyage chimique
Le nettoyage chimique nécessite des produits chimiques nocifs qui peuvent endommager la pièce. De plus, les produits chimiques sont nocifs pour l'environnement. Le coût des consommables chimiques est également élevé. Les systèmes laser offrent une alternative économique et écologique aux produits chimiques.
Notes de fin
La technologie laser a considérablement optimisé le nettoyage industriel. Cette technologie sans contact permet d'éliminer les contaminants à des vitesses étonnamment rapides. Si vous recherchez un procédé de nettoyage pour votre atelier, le nettoyage laser est la solution idéale.