Qu'est-ce que la découpe laser ? Un guide approfondi

Ces dernières années, près de 70% fabricants ont utilisé la découpe laser pour une production précise et efficace. Les machines de découpe industrielle utilisent un faisceau laser concentré pour graver les matériaux avec précision. Des secteurs comme l'automobile, l'aérospatiale et la mode en ont besoin. En raison de sa précision, le laser est idéal pour la fabrication à grande échelle et la conception personnalisée, y compris, mais sans s'y limiter, la conception de portails modernes découpés au laser et de balustrades de balcon découpées au laser.
Cet article présente une vue d'ensemble de la découpe laser, de son fonctionnement, de son histoire, des matériaux utilisés, de ses applications, de ses avantages et de ses inconvénients.

Qu'est-ce que la découpe laser ?

La découpe laser est un processus de fabrication précis dans lequel un faisceau laser de forte puissance est dirigé à travers des optiques pour découper, graver ou décaper des matériaux avec des tolérances de l'ordre du micron.

Types de machines de découpe laser CNC

• Machines de découpe laser CO2.
• Machines de découpe laser à fibre.
• Machines de découpe laser Nd (grenat d'aluminium dopé au néodyme).
• Machines de découpe laser UV.
• Machines de découpe laser vertes.
• Mini machines de découpe laser.

Composants clés

Les machines de découpe laser des métaux sont composées d'une source laser, d'un banc de découpe et d'un système de mouvement à commande numérique. La source laser génère un faisceau à haute énergie pour la découpe. Le lit de découpe est l'endroit où le matériau est placé pour être déplacé le long des axes afin de positionner le matériau sous le laser. L'optique, y compris les lentilles et les miroirs, dirige le faisceau laser sur le matériau. L'azote ou l'oxygène peuvent améliorer l'efficacité de la découpe tout en expulsant le matériau fondu ou en empêchant l'oxydation. Un système de contrôle gère les opérations de la machine et traduit les fichiers de conception en trajectoires de coupe.

Comment fonctionne la découpe laser ?

Étapes de base du processus

1. Génération du faisceau laser par pompage électrique/optique.
2. Distribution du faisceau via des composants optiques (miroirs/fibres optiques).
3. Focalisation du faisceau sur un point précis de la surface du matériau.
4. Initier la coupe tout en perçant le matériau.
5. Déplacement du faisceau le long de la trajectoire de coupe.
6. Réglage de la vitesse de coupe et de la puissance en fonction de l'épaisseur du matériau.
7. Élimination de la matière en fusion (kerf) par l'intermédiaire d'un gaz d'assistance.
8. Contrôle de la qualité de la découpe avec une machine de découpe laser des métaux à commande numérique.

Systèmes de contrôle

Les systèmes CNC guident le laser de découpe avec précision dans les géométries complexes et les applications à haute tolérance. Ils convertissent les modèles CAO en instructions machine et contrôlent le mouvement du laser le long des axes X, Y et Z. La CNC ajuste également la puissance du faisceau, la hauteur de focalisation et la pression du gaz pour des conditions de coupe idéales. La CNC règle également la puissance du faisceau, la hauteur de focalisation et la pression du gaz pour obtenir des conditions de coupe idéales. Par exemple, dans une machine de découpe laser des métaux, la Usinage CNC compense les variations d'épaisseur du matériau pour réduire le risque de défauts.

Histoire de la découpe laser

La première machine laser de production a percé des trous de matrice en diamant en 1965. Le Western Electric Engineering Research Center a produit cet équipement. Par la suite, les Britanniques ont inventé la découpe du métal par jet d'oxygène assisté par laser en 1967. Au début des années 1970, la technique de découpe a été développée pour le titane dans les applications aérospatiales. En revanche, les lasers CO2 étaient également utilisés pour découper des tissus, car ils étaient trop faibles pour surmonter la conductivité thermique des métaux.

Matériaux utilisés dans la découpe laser

Métaux

La découpe laser est utilisée pour l'acier, l'aluminium, le laiton et le cuivre. Les pièces en laiton découpées au laser sont standard dans les industries nécessitant des conceptions précises et délicates. La réflectivité des métaux dans les processus de gravure laser or argent et de découpe nécessite des réglages laser spéciaux pour éviter les dommages dus à la réflexion du faisceau.

Acrylique

L'acrylique est préféré pour la découpe au laser en raison de ses bords nets et polis. Une machine laser spécialisée pour l'acrylique permet d'éviter la surchauffe et de garantir des coupes régulières. La machine laser pour la découpe de l'acrylique doit disposer d'une ventilation appropriée pour les fumées, qui peuvent être toxiques si elles ne sont pas contrôlées.

Bois

Le bois est polyvalent pour la découpe laser et offre des coupes nettes avec des brûlures négligeables. Cependant, la densité du bois et la teneur en résine peuvent affecter la qualité. Les différents bois, y compris le MDF et le contreplaqué, se comportent différemment sous le laser et nécessitent des réglages de puissance pour éviter les brûlures.

Plastiques

L'ABS, le polycarbonate et le polyéthylène réagissent bien à la découpe, mais présentent des difficultés. Certains émettent des fumées nocives lorsqu'ils sont découpés. Il faut donc choisir avec soin le type de laser et les systèmes de ventilation. Les fines feuilles de plastique peuvent fondre ou se déformer si elles ne sont pas découpées avec une puissance laser précise et mesurée.

Composites

Les polymères renforcés par des fibres de carbone peuvent constituer un défi en raison de leur structure en couches. Le laser doit être suffisamment puissant pour découper plusieurs couches avec une qualité de bord. Le contrôle des zones affectées par la chaleur permet d'éviter la délamination ou la détérioration du matériau composite.

Applications de la découpe laser

Fabrication de précision

La découpe au laser permet une fabrication de précision avec des tôles de fer. Une machine laser pour feuilles de fer peut réaliser des dessins avec une légère déformation due à la chaleur. Elle convient aux secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile.

Modèles d'acrylique sur mesure

Lorsque vous travaillez avec de l'acrylique, la découpe au laser permet d'obtenir des détails incomparables. Par exemple, les feuilles d'acrylique à découper permettent d'obtenir des bords impeccables et polis sans traitement secondaire. Elles permettent de créer des enseignes personnalisées, des présentoirs et des œuvres d'art sophistiquées.

Traitement efficace des tubes

Une machine laser pour tubes est indispensable pour les matériaux tubulaires. Elle découpe des trous et des fentes complexes sur des surfaces cylindriques. Elle peut bénéficier aux secteurs de la construction et de la machinerie lourde.

Abattage industriel d'arbres

Les machines de découpe laser d'arbres se concentrent sur les matériaux organiques dans la sylviculture industrielle. Elles traitent avec précision les troncs d'arbres pour obtenir des coupes efficaces et fiables qui réduisent l'excédent de matériaux. Cette technologie peut également être appliquée au travail du bois et à la fabrication de meubles.

Coupe polyvalente de tubes

Une machine de découpe de tubes au laser permet de découper des formes de tubes, notamment rondes, carrées et rectangulaires. Elle permet d'obtenir une qualité de coupe sans faille pour la production de masse dans les secteurs de la fabrication et de l'architecture. De plus, la découpe d'angles à multiples facettes permet de s'affranchir de plusieurs étapes de traitement.

Avantages et inconvénients de la découpe laser

La découpe laser est précise, efficace et agile pour les applications industrielles. Cependant, elle n'est pas sans inconvénients si l'on considère les prix des machines de découpe laser. D'un côté, la découpe laser de l'acrylique permet d'obtenir des conceptions complexes avec des tolérances aussi serrées que ±0,0005 pouce pour les composants dans l'aérospatiale et la fabrication d'appareils médicaux. Les matériaux difficiles, notamment l'acier inoxydable, l'aluminium et le titane, peuvent être traités avec une distorsion thermique négligeable grâce au faisceau laser focalisé. Il ne tient pas compte des processus de finition secondaires, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.

En outre, avec les réglages appropriés, la même machine peut passer de la découpe à la gravure et au perçage pour plus de flexibilité. Cependant, le processus peut être lent lors de la découpe de matériaux plus épais. La puissance requise augmente de manière exponentielle avec l'épaisseur et nécessite des lasers à haute puissance plus coûteux. De plus, le cuivre ou le laiton réfléchissant peut endommager l'optique de la machine, ce qui augmente les coûts d'entretien et les temps d'inactivité. Bien que minime, la zone affectée par la chaleur peut encore altérer les propriétés du matériau pour les applications nécessitant une intégrité rigide du matériau.

Les prix des machines de découpe laser peuvent être influencés par la puissance de sortie, la taille du banc de la machine et la manipulation automatisée des matériaux. Par exemple, les machines de découpe laser haut de gamme lasers à fibre avec des puissances nominales de plusieurs kilowatts et une automatisation peuvent atteindre $600 000. Les systèmes de moindre puissance destinés à la production à petite échelle ou au prototypage peuvent coûter environ $20 000. Cependant, l'investissement préliminaire et les coûts de fonctionnement peuvent être prohibitifs pour les petits fabricants par rapport à la découpe traditionnelle au jet d'eau ou au plasma. En outre, la courbe d'apprentissage de l'optimisation de la longueur focale, de la durée d'impulsion et de la vitesse de coupe peut être abrupte. Vous recherchez des services de découpe laser de qualité ? Contactez MXY Machining et voyez la magie.

Conclusion

Les machines de découpe au laser sont un exemple impressionnant de la manière dont la technologie favorise le changement et profite à différentes industries. Les nombreux avantages de cette technologie innovante ont révolutionné l'industrie manufacturière en augmentant la vitesse, la productivité, la facilité d'automatisation et la capacité à produire des produits hautement personnalisés avec une précision inégalée. Les avantages de la découpe laser vont au-delà du secteur manufacturier et ont un impact environnemental exceptionnel, en réduisant les déchets et la consommation d'énergie. De nouveaux matériaux sont découverts et il ne fait aucun doute que l'avenir des machines laser est prometteur. Les industries qui investissent dans cette technologie ont d'énormes possibilités de croissance et de réussite.