Recherche et optimisation des paramètres laser pour la décoration des matériaux polymères dans le secteur automobile

Research and optimization of laser's parameters for the decoration of polymers in automobile sector

• Auteur / Autrice : Antonin Bouland
• Direction : Jean-Philippe Renault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 30/07/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanosciences et innovation pour les matériaux, la biomédecine et l'énergie (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) - Régie nationale des usines Renault. Technocentre
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Kazamias
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Schneider, Tatiana Govorykha Itina, Sylvain Lecler
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Schneider, Tatiana Govorykha Itina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décoration

Thermoplastiques

Lasers à infrarouges

Ablation laser (fabrication)

Mots clés libres

Ablation photothermique

Laser infrarouge

Gravure laser

Photothermal ablation

Infrared laser

Laser engraving

Résumé

Dans un contexte très concurrentiel et de demande généralisée de personnalisation, le secteur automobile doit mettre sur le marché des produits de plus en plus attractifs et sans compromis sur la qualité et la fiabilité. Parmi les méthodes de décoration en cours de développement, le traitement de surface ou dans la masse par gravure laser offre des opportunités que Renault souhaite étudier sur les matériaux polymères et les peintures. Cependant, les procédés actuels sont développés sans avoir la compréhension des phénomènes physicochimiques liés à la transformation de la surface. Le plus souvent les matériaux d’intérêt industriel ne sont pas les matériaux modèles utilisés dans les études scientifiques et les résultats de ces études ne sont pas quantitativement transférables à l’application visée. De plus, une multitude de machines lasers apparemment proches sont disponibles sur le marché pour répondre à un même type de cahier des charges en termes de gravure laser, sans toutefois que les paramètres d’usinage soient transférables d’une machine à l’autre. Nous proposons dans cette thèse d’étudier la gravure laser de polymères pour maitriser la transférabilité du procédé. Nous avons instrumenté une machine industrielle afin de la caractériser exhaustivement. Nous avons également réalisé des inter-comparaisons entre machines présentant des caractéristiques proches. Grâce à ces deux approches nous avons pu assurer des conditions optimales de reproduction d’une gravure laser d’une machine à une autre. Nous avons par ailleurs qualifié les gravures lasers vis-à-vis du cahier des charges RENAULT. Ceci nous a permis de déterminer les points forts et les points faibles de la technologie pour un objectif de décoration industriel et de mettre en évidence des leviers d’optimisation du procédé de gravure laser. Enfin nous avons évalué qualitativement et quantitativement les aérosols produits par la gravure laser afin d’assurer une protection optimale des personnes et de l’environnement.

Facing increasing competition and an ever-growing demand for customization, automotive manufacturers must deliver attractive products while not giving up on quality or reliability. Amongst several automotive interior decor techniques, surface treatment or laser engraving offer opportunities for Renault to study on polymers and paints. Current processes are developed without a correct understanding of physicochemical phenomenon linked to the surface’s transformation. Most frequently industrial materials are not same used as reference model in scientific research and the subsequent results cannot be quantitatively transferable to the intended industrial application. Moreover, a multitude of resembling engraving laser machines are available on the market for similar specifications for laser engraving, however engraving parameters are not necessarily transferable between different machines. We propose in this dissertation to study the laser engraving of polymer for understanding transferability of this process. We have equipped with sensor instruments an industrial engraving laser machine to characterize it exhaustively. We have also compared different machines with similar features. Through these two approaches, we are able to insure optimal conditions of reproductivity for laser engraving between two machines. In addition, we have characterized laser engraving according to RENAULT’s technical specifications. That has allowed us to determine the strong points and weaknesses of the technology for industrial decoration and to highlight optimization levers for laser engraving. Finally, we have evaluated qualitatively and quantitatively engraving lasers aerosol to assure an optimal protection for the personnel and the environment.