Micro-usinage femtoseconde

         L'ablation laser en régime femtoseconde diffère fondamentalement de l'ablation en régime d'impulsions longues.
         En effet, les durées de dépôt d'énergie (~durée de l'impulsion) et les intensités atteintes (~10¹³W.cm^-2) ne laissent pas le temps aux phénomènes de transfert thermique de se produire.
         L'ablation est dite "athermique" (Z.A.T. - Zone Thermiquement Affectée très réduite), et l'usinage réalisé peut atteindre une très grande précision dans tout type de matériau.

Interaction laser-matière: cas d'une impulsion longue.

On parle d'impulsions longues pour les lasers continus jusqu'aux lasers nanosecondes.
Il y a là essentiellement un processus thermique.

Vidéo : 2.8 Mo, 20 s

Dans le cadre d'une implusion nanoseconde, au lieu de l'impact, la matière est pulverisée mais tout autour de l'impact, une zone est affectée thermiquement. De plus, la matière éjectée interagit avec le faisceau laser, absorbant une partie de l'énergie utile.

Usinage avec de telles impulsions.

resolidification d'une partie de la phase liquide.
zones collatérales endommagées par les effets thermiques (contraintes, modifications des propriétés du matériau).
plus les impulsions sont longues, plus il faut apporter d'énergie.
interaction de la matière éjectée avec le faisceau laser.

Exemple typique d'usinage A l'air, sans gaz d'assistance, à 800 nm (60 ns)

Interaction laser-matière: cas d'une impulsion ultra-brève.

Les impulsions dites ultra-brèves sont celles qui durent moins de 1000 fs.
Il s'agit là d'un processus quasi-athermique.

Dans le cadre d'une impulsion femtoseconde, la cible est atteinte par une impulsion ultra courte.
L'interaction se fait en 2 temps, l'énergie est absorbée, puis la matière éjectée.
La chaleur ne se propage pas.

Vidéo : 3.6 Mo, 25 s

Usinage avec de telles impulsions.

ablation extrêmement localisée.
pas de dommages collatéraux (ZAT très réduite)
usinage de n'importe quel type de matériau
pas de rectification après usinage

Exemple typique d'usinage A l'air, sans gaz d'assistance, à 800 nm

Exemples comparatifs d'usinage à l'air

Micro-perçage d'une plaque de cuivre
Femtoseconde	Nanoseconde

         Dans les deux cas, les conditions d'imagerie et les longueurs d'onde sont les mêmes (800 nm).
         Le diamètre des trous est de 100 microns.
         Dans le cas des impulsions nanoseconde, la zone thermiquement affectée apparaît clairement alors qu'elle est quasiment inexistante dans le cas femtoseconde.
         Les images obtenues au microscope électronique à balayage sur un échantillon d'inox montrent par ailleurs la présence d'une collerette de matière fondue resolidifiée autour du trou nanoseconde.
         L'usinage en mode femtoseconde ne produit pas de pollution , il n'est donc pas nécessaire de nettoyer de la zone usinée.
         Le trou réalisé au femtoseconde est très propre mais peut présenter des structures dépendant de la qualité et du mode de gestion du faisceau et qui font l'objet de développements spécifiques.

Micro-perçage d'une plaque d'inox
Femtoseconde	Nanoseconde

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