La découpeuse laser est une machine de découpe qui permet une découpe précise et complexe de divers matériaux. Il utilise un faisceau laser de forte puissance pour faire fondre, brûler ou vaporiser le matériau, ce qui permet de le découper avec précision dans la forme souhaitée.
Cet article présente ce qu'est la découpe laser, son fonctionnement, ses avantages et ses inconvénients, ainsi que ses applications.
Qu'est-ce qu'une découpeuse laser ?
La découpe laser est l'un des procédés de découpe thermique. Il utilise un faisceau laser focalisé à haute énergie pour irradier et chauffer la pièce brute et faire fondre ou vaporiser rapidement les matériaux chauffés, puis les façonner dans la géométrie souhaitée par le mouvement du faisceau.
Un faisceau laser presque parallèle est généré dans la source laser ; un miroir est utilisé pour diriger le faisceau laser vers la tête de découpe ; et une lentille est utilisée au niveau de la tête de découpe pour focaliser le faisceau laser. Le faisceau laser focalisé et à haute énergie brille sur la surface de la pièce, chauffant rapidement la pièce et faisant fondre le matériau. Un gaz auxiliaire est utilisé pour protéger et refroidir la lentille de focalisation et éliminer le métal fondu.
Types de découpeurs laser
Les machines de découpe laser peuvent être divisées en 3 types selon les lasers qu'elles utilisent：
- Découpeur laser à fibre : La machine laser à fibre convertit l'électricité en lumière par l'intermédiaire du laser SPI/IPG, puis irradie le faisceau laser à haute énergie sur la surface de la pièce brute par l'intermédiaire de la tête de coupe, vaporisant instantanément le matériau irradié. La découpeuse laser à fibre est principalement utilisée pour les métaux tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone et les alliages d'aluminium.
- Découpeur laser CO2 : La découpeuse laser CO2 utilise un gaz à base de CO2 pour générer un faisceau laser afin de découper ou de graver des matériaux. Dans ce processus de découpe, un gaz auxiliaire tel que l'oxygène ou l'argon est utilisé pour augmenter la vitesse de découpe et nettoyer la surface du matériau. La découpeuse laser CO2 est principalement utilisée pour les matériaux non métalliques tels que les plastiques et les verres.
- Découpeur laser de cristaux: Les machines de découpe laser à cristaux utilisent le Nd : YAG (grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au néodyme) et le Nd : YVO (vanadate d'yttrium dopé au néodyme), le premier étant généralement le plus utilisé, pour générer des faisceaux laser afin de découper et de graver des matériaux.
Résumé des différents types de découpeurs laser
| Facteurs | Découpeur laser à fibre | Découpeur laser CO2 | Découpeur laser de cristaux |
| Longueur d'onde (μm) | 1.06 | 10.6 | 1.06 |
| Diamètre du spot (mm) | 0.15 | 0.15 | 0.3 |
| Source de la pompe | Laser à diode | Décharge de gaz | Lampe, laser à diode |
| Conversion de l'énergie | 10% | 25% | 3% |
| Matériaux | Métaux, en particulier plaque mince | Non-métaux, acrylique, verre, papier, textiles, plastiques | Métaux, plastiques, céramiques |
Comment fonctionne une découpeuse laser ?
La découpeuse laser utilise un faisceau laser à haute énergie pour faire fondre ou évaporer le matériau, ce qui permet de découper et de façonner les pièces. Son flux de travail peut être résumé en 4 parties :
- Générer un laser : Un faisceau laser est généré par un générateur laser, c'est-à-dire un processus semblable à celui qui consiste à allumer une lampe de poche.
- Permet de focaliser le laser : La lumière laser passe par une série d'éléments optiques, tels que des lentilles et des miroirs, qui la concentrent sur un point très petit avec une densité d'énergie extrêmement élevée.
- Couper le matériau : Le faisceau laser focalisé frappe la surface du matériau, qui est fondu ou vaporisé par le laser, créant ainsi un petit trou. Le découpeur laser se déplace le long d'une trajectoire planifiée pour façonner la géométrie souhaitée.
- Souffler le surplus de matière : La découpeuse laser utilise souvent ce que l'on appelle un "gaz auxiliaire", tel que l'oxygène ou l'azote, pour évacuer tout matériau supplémentaire dans la zone de coupe, afin de la maintenir propre et d'accélérer le processus de coupe.
Matériaux appropriés
La compatibilité d'un matériau avec les méthodes de découpe au laser dépend de ses propriétés physiques et chimiques. Les matériaux à faible réflectivité, conductivité thermique et stabilité chimique peuvent être traités par découpe laser. Les types de matériaux les plus courants pour la découpe au laser sont les métaux, les plastiques et le bois.
Métaux
Les métaux sont les matériaux les plus couramment utilisés dans la découpe laser. Comme les matériaux métalliques ont un taux d'absorption élevé des faisceaux laser, il est possible d'obtenir des résultats de découpe de haute qualité. La découpe laser des matériaux métalliques présente les avantages d'une vitesse rapide, d'une grande précision et d'une petite zone affectée par la chaleur. Elle est largement utilisée dans la construction automobile, la fabrication de machines, l'aérospatiale et d'autres domaines :
- Aluminium : tel que 5052, 5074.
- Acier inoxydable : Tel que 304, 316L
- Cuivre : tel que C110
- Acier au carbone
- Titane
Plastiques
Tous les plastiques ne conviennent pas aux procédés de découpe au laser. Le plastique doit être capable d'absorber l'énergie du laser sans fusion excessive ni émissions nocives. Les plastiques les plus courants pour la découpe au laser sont les suivants
- Acrylique
- PEEK
- Nylon
- PE
Bois
La découpe au laser est idéale pour le prototypage du bois et la création de pièces de mobilier complexes et de conceptions artistiques. Son trait de scie (largeur du trait de scie) est très petit.
Les matériaux réagissent différemment à la découpe laser, et la compréhension de l'adéquation d'un matériau nous aide à choisir la machine de découpe appropriée.
| Matériaux | Type de machine | Puissance | Vitesse |
| Métaux | Découpeur laser CO2, Découpeur laser à fibre haute puissance | Haut | Moyen |
| Plastiques | Découpeur laser CO2 | Moyen | Moyen |
| Bois | Découpeur laser CO2 | Moyen | Faible |
Matériaux inappropriés
Comme indiqué ci-dessus, certains matériaux sont difficiles à utiliser pour la découpe au laser s'ils présentent toutes ou une des caractéristiques suivantes : forte réflectivité, combustion facile et émissions toxiques. Parmi les matériaux inappropriés, citons
- Fibre de carbone
- ABS
- PVC
- PTFE
- PEHD
- Fibre de verre
- PC
- PP
Avantages
Les avantages de la technologie de découpe au laser sont évidents. Certains de ces avantages sont présentés ci-dessous :
Haute précision et exactitude
La précision de la découpe laser dépend non seulement du laser lui-même, mais aussi de la précision du système de mouvement. Les tolérances typiques de la découpe laser vont de 0,003 mm à 0,006 mm, tandis que les niveaux de tolérance des autres outils de découpe vont de 1 mm à 3 mm, voire plus.
Les machines de découpe laser modernes haut de gamme utilisent des moteurs linéaires et des échelles optiques pour atteindre une précision de positionnement de ±0,001 mm dans certains cas.
Traitement sans contact
La découpe laser est un processus sans contact, ce qui signifie qu'il n'y a pas de contact physique entre l'outil de découpe et le matériau. Cela réduit l'usure de l'équipement de coupe et le risque de contamination. Le résultat est plus propre, avec une déformation minimale du matériau. Grâce à son absence de contact, la découpe laser peut traiter des matériaux fragiles ou facilement déformables.
Vitesse de coupe rapide
Par exemple, avec une puissance laser de 2KW, la vitesse de coupe de l'acier au carbone de 8 mm d'épaisseur est de 1,6 m/min ; la vitesse de coupe de l'acier inoxydable de 2 mm d'épaisseur est de 3,5 m/min, avec une petite zone affectée par la chaleur et une déformation minimale.
Large gamme de matériaux de coupe
Par rapport à la découpe oxyacétylénique et à la découpe plasma, la découpe laser peut découper une grande variété de matériaux, y compris les métaux, les non-métaux, les matériaux composites, le cuir, le bois, les fibres, etc. Cependant, la compatibilité de la découpe laser varie selon les matériaux en raison de leurs propriétés thermophysiques et de leur taux d'absorption du laser.
Inconvénient
Limitée par la puissance du laser et la taille de l'équipement, la découpe laser ne peut découper que des plaques et des tubes de petite ou moyenne épaisseur.
Au fur et à mesure que l'épaisseur du matériau augmente, la vitesse de coupe diminue de manière significative.
L'équipement de découpe au laser est coûteux et nécessite un investissement ponctuel important.
Applications
La découpe laser présente des avantages inégalés par rapport à d'autres procédés, tels qu'une grande précision et un temps de traitement court, ce qui explique qu'elle soit largement utilisée dans de nombreuses industries.
Publicité extérieure
Dans le secteur de la publicité extérieure, les matériaux métalliques sont fréquemment utilisés. L'utilisation de la découpe laser pour traiter les matériaux métalliques et les polices de caractères peut améliorer l'effet visuel des matériaux publicitaires, ainsi que l'efficacité de la production et du traitement, de sorte que l'entreprise de publicité puisse augmenter ses bénéfices.
Fabrication de tôles
En raison de sa grande flexibilité, de sa vitesse de coupe rapide, de sa grande efficacité de coupe et de son cycle de travail court, la découpe laser est très appréciée dans l'industrie de la fabrication de tôles. La découpe laser ne nécessite pas de force de coupe et n'entraîne pas d'usure de l'outil. En outre, la fente de découpe laser est généralement plus étroite et présente un niveau élevé d'automatisation.
Automobile
Dans l'industrie automobile, certains accessoires tels que les portières et les tuyaux d'échappement présentent des coins ou des bavures après traitement. S'ils sont traités manuellement ou de manière traditionnelle, il est difficile de garantir la précision et l'efficacité. L'utilisation d'une machine de découpe laser permet de résoudre facilement les problèmes de coins et de bavures par lots.
Ustensiles de cuisine
Dans l'industrie des articles de cuisine, les hottes de cuisine et les appareils à gaz utilisent généralement un grand nombre de panneaux de tôle. Les méthodes de traitement traditionnelles présentent les inconvénients d'une faible efficacité de travail et d'une consommation élevée de moules, ce qui non seulement consomme beaucoup de ressources, mais limite également le développement de nouveaux produits. L'utilisation de machines de découpe laser pour traiter les articles de cuisine offre une vitesse de coupe extrêmement rapide et une grande précision de coupe, ce qui peut améliorer l'efficacité du traitement et le taux de rendement des hottes de cuisine et des appareils à gaz.
Équipements de remise en forme
Les équipements de fitness sont principalement constitués de tuyaux. L'utilisation de machines de découpe au laser permet de traiter rapidement les tuyaux et d'accélérer la production et l'assemblage des équipements de fitness.
Lignes directrices pour la conception de la découpe laser
En gardant à l'esprit ces conseils de conception, vous obtiendrez de meilleurs résultats de découpe laser et ferez des économies.
| Facteurs | Conseils de conception |
| Format de fichier | Utiliser des fichiers vectoriels tels que DXF ou DWG |
| Filets d'angle | Pas moins de 1/2 épaisseur de matériau |
| Distance d'un trou à l'autre | Au moins 2 fois l'épaisseur du matériau |
| Distance d'un trou à l'autre | Au moins 6 fois l'épaisseur du matériau |
| Coupes de secours | Au minimum 1X l'épaisseur du matériau |
| Épaisseur de l'onglet | Au minimum 1X l'épaisseur du matériau |
| Distance entre les trous et les bords | Au minimum 1X l'épaisseur du matériau |
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