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Micro

Micro-usinage du bois
par impulsions laser ultra-courtes

X. Laurent1, A. Gambiez1,
R. Le Harzic2, N. Huot2, C. Jonin2, E. Baubeau2, E. Audouard2 et P. Laporte2

1 Groupe Automatique et Productique - U.F.R. des Sciences et Techniques
Université de Franche-Comté. 16, route de Gray, F-25030 Besançon Cedex

2 Laboratoire Traitement du Signal et Instrumentation (LTSI)
Université Jean Monnet UMR CNRS 5516, 23 rue du docteur Michelon, F-42023 Saint-Etienne Cedex 2.

 

Résumé : Ce travail est le fruit d'une collaboration entre des étudiants de DESS productique appliquée dans les industries du bois et une plate-forme d'application des impulsions laser ultra-courtes (femtoseconde). La principale propriété de la découpe du bois par laser femtoseconde est l'absence de brûlure sur les chants usinés. Les résultats d'essais préliminaires sont présentés et les perspectives industrielles de cette technologie sont discutées.


Introduction

Le bois est un des premiers matériaux que l'homme ait utilisé parce que facilement disponible et simple à travailler. Cependant c'est un matériau complexe et hétérogène dont les caractéristiques varient beaucoup en fonction des essences, mais aussi en fonction des conditions de croissance de l'arbre. D'une densité de 0,2 pour un balsa, on peut atteindre 1,2 pour de l'ébène. La transformation du bois a toujours été essentiellement réalisée par des outils mécaniques, la varlope, le ciseau, ou encore la scie égoïne. Le développement de la machine outil au 19ième siècle a bien sûr fortement fait évoluer ces technologies dont la plupart sont encore utilisées aujourd'hui : la corroyeuse, la toupie, la scie circulaire. Les évolutions récentes du travail du bois sont surtout dues à la mise en place des commandes numériques dans les centres d'usinage.

Dans le monde de la machine outil, une autre révolution a été celle du laser. L'usinage se fait alors sans contact mécanique, permettant à la fois rapidité et précision. Le développement des techniques laser dans l'industrie du bois a toutefois été freiné par le fait qu'un faisceau laser brûle le bois dans des conditions standard d'utilisation. Le laser a été pourtant mis en œuvre dans des domaines précis où la brûlure d'usinage n'est pas limitante. On peut citer la fabrication de gabarit curviligne pour des coques de bateaux ou les emportes pièces pour cartonniers. Dans certains cas cette brûlure est au contraire à la base du procédé comme par exemple dans le cas de la gravure. Les développements très récents des technologies laser ont conduit à la réalisation de sources impulsionnelles, dont la durée d'impulsion est de plus en plus courte, pouvant atteindre quelques femtosecondes (une femtoseconde (fs) = 10-15 s, c’est à dire un millionième de milliardième de seconde). On parle alors d'impulsions ultra-courtes. Les propriétés de ces impulsions sont aujourd'hui largement étudiées d'un point de vue tant fondamental qu’appliqué à des domaines variés de la physique, de la chimie et de la biologie . Une diffusion technologique vers des secteurs industriels tels que ceux de la mécanique est également en cours . Une propriété extrêmement intéressante des impulsions ultra-courtes est de ne pas brûler l'échantillon de bois usiné.

Dans la suite nous détaillerons cette aptitude particulière de la technologie femtoseconde pour l'usinage du bois en envisageant particulièrement leurs perspectives industrielles.

Ce travail est le fruit d'une collaboration entre des étudiants de DESS productique appliquée dans les industries du bois et de l'ameublement de l'Université de Franche-Comté et la plate-forme femtoseconde du Pôle Optique et Vision de Saint- Etienne. Cette plate-forme, développée par le laboratoire TSI avec le soutien de MECAPOLE (Loire), association d'industriels de la mécanique, permet à des partenaires industriels, et particulièrement aux PME/PMI, d’accéder aux technologies laser à impulsions ultra-courtes de haute puissance et de haute cadence. Elle a également un objectif de formation continue ou initiale. Le domaine d’application plus particulièrement visé est la micro-mécanique.

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