{"id":7521,"date":"2019-03-21T16:11:00","date_gmt":"2019-03-21T15:11:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.cailabs.com\/blog\/non-classifiee\/glass-cutting-using-bessel-beams\/"},"modified":"2024-05-13T09:44:23","modified_gmt":"2024-05-13T07:44:23","slug":"la-decoupe-de-verre-par-faisceaux-de-bessel","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cailabs.com\/fr\/blog\/procedes-laser-industriels\/la-decoupe-de-verre-par-faisceaux-de-bessel\/","title":{"rendered":"La d\u00e9coupe de verre par faisceaux de bessel"},"content":{"rendered":"\n

Les proc\u00e9d\u00e9s d\u2019usinage du verre offrant de hauts rendements, une grande pr\u00e9cision et de faibles co\u00fbts trouvent un int\u00e9r\u00eat croissant dans l\u2019industrie,notamment pour la fabrication de LEDs, d\u2019\u00e9crans d\u2019affichage ou encore de verres de montres(1)<\/sup>. Les lasers \u00e0 impulsions ultra-br\u00e8ves repr\u00e9sentent une avanc\u00e9e importante en tant qu\u2019outil d\u2019usinage du verre, car ils permettent, contrairement \u00e0 un usinage m\u00e9canique ou avec un laser plus conventionnel, d\u2019usiner des mat\u00e9riaux transparents et fragiles en \u00e9vitant au maximum les effets thermiques g\u00e9n\u00e9ralement responsables d\u2019alt\u00e9rations des propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques et optiques <\/sup><\/strong>(<\/sup>2<\/sup>)<\/sup>.<\/p>\n\n\n\n

Cependant leurs faibles rendements, du fait de leurs puissances moyennes limit\u00e9es, soul\u00e8vent la n\u00e9cessit\u00e9 de tirer au mieux partie des interactions des impulsions lasers ultra-br\u00e8ves avec le verre usin\u00e9 pour augmenter les vitesses d\u2019usinage. La mise en forme des faisceaux lasers sous forme de faisceaux de Bessel s\u2019av\u00e8re \u00eatre une solution poss\u00e9dant de nombreux avantages pour l\u2019usinage du verre.<\/p>\n\n\n\n

Les faisceaux de Bessel<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n
\n
\"Figure<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Il existe plusieurs proc\u00e9d\u00e9s d\u2019usinage du verre par laser ultra-brefs, mais aujourd\u2019hui la technique pr\u00e9sentant le plus haut rendement de d\u00e9coupe est celle du \u00ab stealth dicing \u00bb(<\/sup>3<\/sup>)<\/sup>. Elle consiste \u00e0 percer des lignes de canaux \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur du mat\u00e9riau suivant la forme de d\u00e9coupe souhait\u00e9e, puis d\u2019appliquer une force m\u00e9canique ext\u00e9rieure pour induire une faille contr\u00f4l\u00e9e qui va se propager le long de cette forme (Fig. 1)(<\/sup>3<\/sup>)<\/sup>. La rapidit\u00e9 de cette m\u00e9thode, qui permet des vitesses d\u2019usinage de plusieurs m\u00e8tres par seconde, provient des hautes cadences de per\u00e7age qu\u2019il est possible d\u2019obtenir avec certains types de laser ultra-brefs (plusieurs centaines de milliers de trous par secondes).<\/p>\n\n\n\n

La pr\u00e9cision et la r\u00e9gularit\u00e9 du per\u00e7age de ces canaux sont alors des param\u00e8tres essentiels pour obtenir une d\u00e9coupe nette, pr\u00e9cise, et d\u00e9gageant le moins de d\u00e9bris possible. Il y a donc une grande n\u00e9cessit\u00e9 de pouvoir contr\u00f4ler pr\u00e9cis\u00e9ment la fa\u00e7on dont le faisceau laser se propage en profondeur dans le mat\u00e9riau. Les diff\u00e9rentes m\u00e9thodes de per\u00e7age classiques utilis\u00e9es actuellement, comme l\u2019ablation simple ou la filamentation, pr\u00e9sentent un faible rendement, une pr\u00e9cision limit\u00e9e ou m\u00eame des r\u00e9sultats trop impr\u00e9visibles pour \u00eatre appliqu\u00e9e efficacement et avec fiabilit\u00e9 \u00e0 \u00e9chelle industrielle(<\/sup>3<\/sup>)<\/sup>. Depuis 2017, l\u2019utilisation de technologies de mise en forme de faisceau laser pour la g\u00e9n\u00e9ration de faisceaux de Bessel s\u2019est illustr\u00e9e comme technique de choix pour r\u00e9pondre \u00e0 cette n\u00e9cessit\u00e9, permettant d\u2019obtenir une haute ma\u00eetrise de per\u00e7age de canaux.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"Figure<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Les faisceaux de Bessel sont une forme de faisceaux laser construits par interf\u00e9rences sur une longue distance, permettant une concentration intense de l\u2019\u00e9nergie pouvant se prolonger sans diffraction \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de mat\u00e9riaux transparents (Fig.2). Des faisceaux de Bessel g\u00e9n\u00e9r\u00e9s avec un laser ultra-bref permettent ainsi une ablation en profondeur du mat\u00e9riau expos\u00e9, ce qui est particuli\u00e8rement adapt\u00e9 pour le per\u00e7age de nano-canaux de hauts rapports de forme (Fig.2). Il est ainsi possible de percer dans des couches de verre de plusieurs mm d\u2019\u00e9paisseur des canaux de tr\u00e8s faibles diam\u00e8tres (moins de 2 microm\u00e8tres) et pr\u00e9sentant une grande homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 de forme(<\/sup>3<\/sup>)<\/sup>. L\u2019avantage d\u2019utiliser les faisceaux de Bessel pour le per\u00e7age de nano-canaux est que la forme du faisceau laser d\u00e9finit les dimensions du per\u00e7age. En ma\u00eetrisant la mise en forme de faisceaux de Bessel, il est donc possible d\u2019avoir un contr\u00f4le accru sur le per\u00e7age. Il s\u2019agit donc d\u2019une m\u00e9thode plus simple, mieux ma\u00eetris\u00e9e et de meilleure reproductibilit\u00e9 que les m\u00e9thodes jusque-ici utilis\u00e9es. Elle se distingue donc comme \u00e9tant la technique qui permet le meilleur contr\u00f4le de per\u00e7age, pour atteindre les qualit\u00e9s et pr\u00e9cisions d\u2019usinage n\u00e9cessaire \u00e0 un usinage de pr\u00e9cision du verre \u00e0 \u00e9chelle industrielle.<\/p>\n\n\n\n

La g\u00e9n\u00e9ration de faisceaux de Bessel<\/strong><\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Plusieurs technologies de mise en forme de faisceau laser permettent d\u2019obtenir des faisceaux de Bessel. Par exemple les lentilles coniques (axicons) et les modulateurs spatiaux de lumi\u00e8re (SLM) sont commun\u00e9ment utilis\u00e9s pour en g\u00e9n\u00e9rer, mais souffrent de plusieurs limitations : Les SLM produisent des faisceaux de bonne qualit\u00e9 (et sont reprogrammables), mais ont un faible rendement \u00e9nerg\u00e9tique et ne supportent pas les hautes puissances. Les lentilles coniques peuvent quant \u00e0 elles subir de hautes puissances, mais g\u00e9n\u00e8rent des faisceaux de moins bonne qualit\u00e9 du fait de d\u00e9fauts li\u00e9s \u00e0 la leur fabrication.<\/p>\n\n\n\n

Derni\u00e8rement, l\u2019entreprise fran\u00e7aise Cailabs, fabricant de syst\u00e8mes de mise en forme de faisceaux laser, a rapport\u00e9 la g\u00e9n\u00e9ration de faisceaux de Bessel de haute qualit\u00e9 en utilisant des axicons r\u00e9flectifs(4<\/sup>)<\/sup>. Ces axicons, fabriqu\u00e9s avec un haut degr\u00e9 de pr\u00e9cision, permettent d\u2019obtenir des faisceaux de Bessel de meilleure qualit\u00e9 avec un excellent rendement \u00e9nerg\u00e9tique (sup\u00e9rieur \u00e0 99%) leur permettant de fonctionner avec des faisceaux lasers de haute puissance. Il s\u2019agit ainsi de la solution la plus adapt\u00e9e \u00e0 une utilisation des faisceaux de Bessel \u00e0 \u00e9chelle industrielle, conjuguant haut rendement et pr\u00e9cision in\u00e9gal\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

A l\u2019avenir<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Un usinage du verre de qualit\u00e9 et \u00e0 grande productivit\u00e9 est un enjeu important. Si l\u2019utilisation des faisceaux de Bessel permet une grande avanc\u00e9e en termes de qualit\u00e9 et pr\u00e9cision de fabrication, la combinaison d\u2019une technologie de mise en forme de faisceaux de Bessel avec une technologie de division de faisceaux permettrait de multiplier le nombre de trous perc\u00e9s \u00e0 chaque impulsion laser, et donc d\u2019augmenter la vitesse d\u2019usinage. La technologie Cailabs de Multi Plane Light Conversion (MPLC), qui rend possible la g\u00e9n\u00e9ration et la mise en forme simultan\u00e9e de multiples faisceaux en parall\u00e8le, permettrait ainsi \u00e0 terme d\u2019atteindre des vitesses d\u2019usinage in\u00e9gal\u00e9es, de l\u2019ordre de plusieurs dizaines de m\u00e8tres par seconde. A \u00e9chelle industrielle, de telles vitesses d\u2019usinage augmenteraient drastiquement la production, tout en conservant une qualit\u00e9 optimale et pour un co\u00fbt d\u2019exploitation moindre.<\/p>\n\n\n\n

\n
En savoir plus sur CANUNDA notre solution de mise en forme de faisceaux lasers<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

(1) Annual Laser Market Review & Forecast: Where have all the lasers gone? by Gail Overton, Allen Nogee, David Belforte, and Conard Holton. Lire l’article<\/a>  <\/em><\/p>\n\n\n\n

(2) Ahead of the Curve \u2013 Lasers Enable Superior Glass Cutting for Demanding Applications by Roland Mayerhofer, Coherent.  Lire l’article<\/a> <\/em><\/p>\n\n\n\n

(3) The Laser User – Spring 2017 . Acc\u00e9der \u00e0 la revue<\/a> <\/em><\/p>\n\n\n\n

(4) Pauline Boucher et al., Generation of high conical angle Bessel-Gauss beams with reflective axicons (2017)<\/em><\/p>\n\n\n\n

\n\n\n\n
\n
\n
\"\"<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
\n

Par Sami Laroui<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ing\u00e9nieur dipl\u00f4m\u00e9 en sciences des mat\u00e9riaux et titulaire d\u2019un Master en innovation et entreprenariat, Sami Laroui a rejoint Cailabs en 2018. Il contribue, en tant qu\u2019ing\u00e9nieur avant-vente, au d\u00e9veloppement et \u00e0 la commercialisation de solutions optiques innovantes optimisant la qualit\u00e9 et le rendement des proc\u00e9d\u00e9s d\u2019usinage laser.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

\n

Nos autres articles :<\/h2>\n\n\n\n
\n