Leçon 4.10DéformerChapitre 4 · Formage de tôles et de tubes

Formage par choc laser

Des tirs laser étirent une face pour qu'une plaque se courbe

Le formage par choc laser cintre des plaques de métal sans matrice, avec des milliers de minuscules ondes de choc produites par laser. Chaque tir comprime une petite zone d'une surface ; ensemble, ils étirent cette face, et la plaque se courbe lentement, comme une page qui s'enroule quand un côté devient humide. Il façonne d'épais panneaux d'ailes d'avions et redresse des pièces déformées avec un grand contrôle.

formage par choc laser · un tir de près, et la plaque après de nombreux tirsLes numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous. La vue de gauche zoome sur un tir ; celle de droite montre toute la plaque.

Comment ça marche

Recouvrir la surface d'eau. La plaque est fixée sous le laser, et une fine couche d'eau s'écoule sur la zone à traiter.
Tirer une impulsion laser. Un laser pulsé de haute énergie tire une impulsion très courte, d'environ 20 nanosecondes, à travers l'eau sur un point de quelques millimètres de large.
Produire une explosion de plasma. L'impulsion transforme une fine peau de la surface en plasma (un gaz incandescent et chargé électriquement). L'eau le piège, donc la pression grimpe en flèche et envoie une onde de choc dans le métal.
Laisser une couche comprimée. Le choc comprime le métal sous le point, laissant une couche, souvent de 1–2 mm de profondeur, avec une contrainte résiduelle de compression (une contrainte emprisonnée dans le métal qui pousse vers l'extérieur sur ses voisins).
Répéter selon un motif. Un robot déplace le point laser point par point selon un motif calculé. Les contraintes emprisonnées s'additionnent et la plaque se courbe ; elle est mesurée et corrigée avec d'autres tirs.

Chiffres clés

Matériaux: Alliages d'aluminium (dont aluminium-lithium), titane, aciers, alliages de nickel
Pièces typiques: Panneaux d'ailes et de fuselage à courbure simple ou double douce, panneaux raidis, pièces déformées à redresser
Taille de pièce: De petites pièces à des panneaux de plusieurs mètres de long, limités par la portée du robot
Précision: La courbure se construit par petits pas contrôlés ; la forme finale est mesurée et corrigée, typiquement à quelques dixièmes de millimètre
État de surface: Motif légèrement piqueté de points qui se chevauchent ; améliore souvent la durée de vie en fatigue (résistance à la fissuration sous charges répétées)
Taille de série adaptée: Petites séries de grandes pièces de grande valeur, plus réparation et redressage
Coût d'outillage et de machine: Pas de matrices ; les cellules laser coûtent des millions de dollars, donc le travail est souvent acheté comme service
Vitesse: Quelques tirs par seconde ; un grand panneau peut prendre des heures

Atouts et limites

Atouts

Pas de matrice : la forme est un programme, facile à changer
Fonctionne sur des plaques épaisses et rigides et des panneaux raidis d'un seul tenant
Laisse une couche comprimée protectrice qui résiste aux fissures de fatigue
Peut redresser précisément des pièces déformées

Limites

Équipement laser très coûteux
Uniquement des courbures douces, pas de formes profondes
Lent pour de grandes surfaces
Demande une modélisation et des mesures soignées pour atteindre la forme

Où on l'utilise

AvionsPanneaux de revêtement d'ailes à doubles courbures douces
EspacePanneaux courbes pour lanceurs et réservoirs
Construction navaleFormage et redressage de grandes plaques
Réparation et finitionRedressage de pièces déformées par le soudage ou l'usinage

Comment le reconnaître

Une faible grille régulière de points carrés ou ronds qui se chevauchent sur une face.
Des panneaux épais doucement courbes sans marques de matrice ni de presse.
Souvent une zone mate, légèrement piquetée, sur une surface par ailleurs usinée.

À comparer avec

Grenaillage de précontrainte12.3la même idée de contrainte de compression, mais avec un jet de minuscules billes ; le formage par grenaillage cintre les panneaux de la même façon.Formage incrémental de tôle4.6aussi sans matrice et piloté par ordinateur, mais un outil pousse physiquement une tôle mince dans des formes profondes.Pliage de tôle4.1des plis nets et simples dans une presse, au lieu de douces courbes construites à partir de milliers de tirs.

À regarder

Curtiss-Wright Surface Technologies · Une animation d'un tir : couche d'eau, plasma, onde de choc et contrainte résiduelle

LSP Technologies · Ce qu'est le procédé et quelles pièces il fabrique

LSP Technologies · Une plaque qui se courbe en direct pendant que le laser la parcourt

LSP Technologies · Le même outil utilisé pour redresser une pièce déformée

Voir de vraies photos

Wikipédia : Grenaillage laser — le procédé, son histoire et une section sur le formage par choc laser
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Chaque tir laser emprisonne une contrainte de compression dans une petite zone d'une face.
Des milliers de tirs selon un motif font courber la plaque, sans aucune matrice.
Idéal pour les courbes douces sur des panneaux aéronautiques épais et de grande valeur, et pour le redressage.