Labcom Laser Smart Surfaces Fonctionnalisation – LaserSurf

Le programme du Labcom se décompose autour de 4 axes de recherche :
•La stratégie spatio-temporelle de distribution de l’énergie pour la parallélisation du procédé ;
•La maîtrise prédictive des effets de la répartition d’énergie à l’échelle de la pièce ;
•La mise en place d’un système robotique et de commande pour le balayage de grandes pièces complexes ;
•La mise en place d’algorithmes de rétroaction rapide pour le contrôle du procédé.

Station laser de texturation pour les études amonts mise en place.

Etude des stratégies de mise en forme de faisceau.
Etude des gains apportés par les modes rafales hautes fréquences.
Proposition d'une solution robotique de contrôle du procédé de texturation sur grandes pièces.

Modélisation de l'accumulation thermique générée par un laser ultrabref : doi.org/10.1117/12.3017109

Control par IA d'un procédé laser : dx.doi.org/10.1117/12.3017109

Un dépôt de brevet en cours.

Pour répondre aux défis qui se posent à notre société?pour garantir la santé des humains, freiner le dérèglement climatique et la pollution des sols, l’amélioration globale des rendements des machines (moteurs, turbines, cellules photovoltaïques...) et la limitation des produits chimiques de synthèse s’imposent comme des leitmotivs de l’innovation et de la fabrication durable. Une fabrication durable et intelligente implique donc le développement de procédés permettant?une amélioration de la performance énergétique et une consommation raisonnée des ressources. Parmi les moyens pour répondre à ces défis, la fonctionnalisation de surface intéresse l’industrie pour sa capacité à contrôler des propriétés physico-chimiques?essentielles comme la mouillabilité, la biocompatibilité, ou les propriétés tribologiques par exemple. A cette fin, les lasers, et en particulier ceux à impulsion ultrabrèves, constituent une innovation majeure. Ils ouvrent en effet la possibilité de micro-texturer tout matériau grâce à leurs puissances crètes élevées (~GW) obtenues en concentrant des énergies relativement faibles (1-100 µJ) sur des durées ultra-courtes (10-500 fs).?La faible énergie par impulsion limite les dommages dus aux effets thermiques.? Ces lasers, désormais utilisés dans l’industrie, permettent de texturer des surfaces par gravure point par point ou à une échelle sub-longueur d’onde au niveau de la surface de tout un spot par auto-organisation de la matière irradiée (LIPSS). Ils permettent également d’usiner des matériaux innovants pour lesquels les procédés conventionnels ne sont pas adaptés (polymères biosourcés, composites, céramiques techniques). Cette capacité à fonctionnaliser des surfaces est désormais bien établie mais l’approche souffre de temps de cycle longs, et de son incapacité à traiter des surfaces de géométrie complexe.

Le défi réside aujourd’hui dans la possibilité de fonctionnaliser avec des lasers ultra-brefs des surfaces toujours plus grandes avec des géométries complexes, dans des temps de cycle compatibles avec ceux de l’industrie, dans les secteurs en demande que sont, notamment, l’aéronautique, la défense et la santé. C’est la problématique que le Labcom LaserSurf ICube /IREPA LASER adresse.

L’augmentation de la puissance moyenne des lasers ultra-brefs ces dernières années de ~10?W à plusieurs kW indique que le verrou technologique ne se situe plus au niveau de l’énergie disponible, mais dans la capacité à contrôler le procédé. L’objectif est de permettre la mise au point rapide et fonctionnelle d’un procédé de texturation laser compatible avec les exigences industrielles. Le programme du Labcom se décompose en conséquence en 4 axes de recherche?:
(1) la stratégie spatio-temporelle de distribution de l’énergie pour la parallélisation du procédé?;
(2) la maîtrise prédictive des effets de la répartition d’énergie à l’échelle de la pièce?;
(3) la mise en place d’un système robotique et de commande pour le balayage de grandes pièces?;
(4) la mise en place d’algorithmes de rétroaction rapide pour le contrôle du procédé.

Le programme s’appuie sur l’articulation de technologies laser existantes, sur les technologies de l’information, dont l’IA et la robotique, et celles de métrologie. Le Labcom permet de mutualiser sur cet objectif commun les efforts de deux structures d’excellence?: IREPA LASER est une société de R&D reconnue pour ses savoirs-faires et son parc matériel en particulier dédié à la fonctionnalisation de surface par laser pour l’industrie et ICube est un laboratoire de recherche en ingénierie et technologie de l’information qui a des équipes expertes sur le développement de procédés laser (IPP), la robotique et l’asservissement de systèmes par vision (RDH) et l’IA, axe transverse (DSAI). Les innovations attendues concernent un grand nombre de secteurs dont ceux du transport et de l’aéronautique avec qui IREPA LASER travaille sur le long-terme et le domaine biomédical, un axe fédérateur majeur d’ICube.