La découpe au laser est un fabrication métallique technologie. Elle utilise un faisceau laser très puissant et très focalisé pour découper la pièce (matériau). Les découpeurs laser modernes utilisent la technologie CNC, qui améliore leur précision. Il est intéressant de noter qu'il existe différents types de découpe laser. Chaque méthode diffère des autres par de nombreux aspects.
Certaines d'entre elles sont idéales pour la découpe des métaux, tandis que d'autres conviennent pour les non-métaux. En outre, les méthodes de découpe au laser diffèrent en termes de coût et de prix. Il est essentiel de comprendre la découpe au laser, en particulier si vous travaillez dans le secteur de la fabrication métallique. Cet article aborde tous les tenants et aboutissants de ces méthodes de découpe au laser.
Les bases de la technologie de la découpe laser
Dans un article précédent, j'ai parlé de la les bases de la technologie de découpe au laser et ses principes de fonctionnement. Si vous êtes novice, je vous recommande vivement de lire d'abord cet article. Il vous aidera à comprendre les types de laser plus facilement. Voyons maintenant un bref aperçu de cette technologie.
La découpe au laser est une technologie avancée qui utilise des faisceaux laser à haute énergie et très focalisés. Ces faisceaux laser sont dirigés vers l'endroit souhaité. Comme ces lasers ont une énergie très élevée, ils peuvent facilement faire fondre le métal ou le matériau. De cette manière, ces lasers créent efficacement des coupes dans le matériau.
Dans le passé, la découpe au laser était un processus plus manuel. L'opérateur devait utiliser la tête du laser et diriger le laser vers les matériaux. Toutefois, les machines de découpe laser modernes sont équipées de systèmes CNC. Ces machines utilisent des instructions informatisées fournies par les opérateurs pour découper les matériaux. La tête du laser se déplace en fonction de la direction donnée par le système automatisé.
Grâce à l'implication de la CNC, la découpe laser est devenue un processus sans contact. Il n'est pas nécessaire de tenir la tête du laser ou de se préoccuper de l'alignement de la pièce. Les machines laser sont si perfectionnées qu'elles s'occupent de tout. Tout ce que vous avez à faire, c'est de donner les bonnes instructions informatisées ou codées en G. La tête du laser se déplacera et découpera la pièce à découper. La tête du laser se déplace et découpe le matériau.
Types de découpe laser
Comme je l'ai mentionné précédemment, les méthodes de coupe diffèrent à bien des égards. Il s'agit notamment de leur vitesse, de leur coût et de leur compatibilité avec le matériau. Dans la section ci-dessous, nous aborderons tous les types de coupe les plus courants. découpe au laser. Alors, allons-y !
1- CO₂ Découpe laser
Cette méthode de découpe au laser est très populaire dans les petites et moyennes entreprises. Elle utilise un mélange de différents gaz pour ses opérations. Ce mélange contient du dioxyde de carbone (CO₂), de l'azote et de l'hélium. En outre, certains gaz d'assistance, comme l'azote, sont également utilisés pour nettoyer la zone de découpe.
Ces gaz d'assistance permettent également d'évacuer les débris résultant de la coupe. Cette méthode nécessite de l'énergie électrique pour fonctionner. Cette énergie excite le mélange de gaz. Il en résulte un faisceau laser de grande puissance. Toutefois, ce faisceau n'est pas très focalisé ou concentré. Ce laser, lorsqu'il se trouve sous la tête du laser, fait face à de multiples miroirs et lentilles.
Ces lentilles rendent ces lasers plus focalisés et concentrés. Le faisceau laser atteint ainsi l'endroit souhaité et fait fondre la surface du matériau. L'énergie de ces faisceaux est si élevée qu'elle peut même évaporer les matériaux. La méthode de découpe au laser CO₂ est idéale pour les matériaux non métalliques, tels que le bois, le cuir, le verre et les plastiques.
Si vous l'utilisez pour découper des métaux ou des matériaux réfléchissants, son efficacité et son rendement diminueront dans une large mesure. Voici un tableau présentant les avantages et les inconvénients de la découpe laser au CO₂ :
| Pour | Cons |
| Haute précision, | Pas pour les métaux épais/réfléchissants |
| Fonctionne sur de nombreux métaux non ferreux. | Plus lent sur les métaux |
| Idéal pour la gravure | Taille de la machine encombrante |
| Coupes lisses et nettes. | Nécessite un entretien fréquent |
| Coût inférieur à celui des lasers à fibre, | Consommation d'énergie plus élevée |
2- Découpe laser à fibre
La découpe au laser à fibre est une option plus avancée et supérieure à la découpe au laser CO₂. Elle n'utilise pas un mélange de différents gaz pour produire des lasers. Il s'agit plutôt d'amplifier la lumière pour créer le laser. Tout d'abord, de l'énergie est apportée au matériau (fibre). Cet apport d'énergie dans les fibres excite les atomes de ces matériaux.
Cette excitation des atomes libère de l'énergie sous forme de photons. Il est intéressant de noter que ces photons ne sont pas immobiles, mais qu'ils rebondissent à l'intérieur des machines laser. Leur mouvement ou la collision des photons excite d'autres atomes. Il en résulte une émission stimulée d'énergie. Les machines laser sont constituées de deux miroirs, où les photons sont frappés de manière aléatoire.
Un miroir est partiellement retiré et l'énergie, sous la forme d'un faisceau laser, s'échappe de la machine. Ce faisceau laser est ensuite dirigé vers l'endroit souhaité sur le matériau. Comme ce laser a une énergie très élevée, il fait fondre et coupe les matériaux. Contrairement à la découpe au laser CO₂, cette méthode permet de découper facilement les métaux et les matériaux réfléchissants.
Le laser possède une excellente force de coupe, ce qui lui permet de découper des matériaux robustes. Il s'agit notamment de l'acier inoxydable, de l'aluminium et du laiton. Cette technologie est particulièrement efficace pour les composants de précision tels que Pochoirs SMT. Toutefois, il peut être légèrement plus lent lors de la découpe de matériaux non métalliques, tels que le bois ou le verre. Le coût initial de la découpe au laser à fibre est très élevé, ce qui constitue un inconvénient. Cependant, je considère toujours cette méthode comme plus rentable.
Voici un tableau présentant les avantages et les inconvénients de la découpe au laser à fibre :
| Pour | Cons |
| Découpe rapide et précise des métaux, | Pas bon pour les non-métaux |
| Peut couper des métaux réfléchissants. | Coût plus élevé de la machine |
| Peu d'entretien, | Nécessite un opérateur formé |
| Consomme moins d'électricité. | L'installation et l'apprentissage prennent du temps |
| Longue durée de vie du laser, | Pas idéal pour les petits projets ou les projets de loisir |
3- Découpe laser du cristal
Cette méthode de découpe au laser est plus puissante mais moins durable que la découpe au laser à fibre ou au laser CO2. Elle utilise des cristaux à l'état solide pour générer les faisceaux laser. Les cristaux les plus courants sont les suivants
- Nd : YVO (orthovanadate d'yttrium dopé au néodyme)
- Nd : YAG (grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au néodyme)
Cette énergie supérieure est fournie à ces cristaux. Par conséquent, les atomes à l'intérieur de ces cristaux absorbent l'énergie. Les électrons de ces atomes passent alors dans un état d'énergie plus élevé. Lorsque ces électrons reviennent, ils libèrent une grande quantité d'énergie sous forme de photons.
Ces photons entrent en collision avec des miroirs à l'intérieur du tube laser et rebondissent à plusieurs reprises. Ils excitent alors d'autres électrons, qui libèrent de l'énergie sous forme de photons. Cette réaction en chaîne continue à générer davantage de photons, ce qui donne lieu à des faisceaux laser plus énergétiques. Ce faisceau laser est ensuite dirigé vers le matériau et le découpe.
Il est intéressant de noter que cette méthode de découpe fournit un faisceau élevé avec une densité de puissance plus élevée. Elle peut donc découper les matériaux les plus résistants, tels que les métaux et les céramiques. Les machines de découpe au laser à cristaux sont moins durables et ont une durée de vie plus courte que les méthodes de découpe au laser à fibre et au laser CO2. Voici un tableau présentant leurs principaux avantages et inconvénients :
| Pour | Cons |
| Coupe très précise, | Durée de vie plus courte |
| Coupe les matériaux durs, | Coût élevé |
| Idéal pour les détails fins, | Sensible à la chaleur et à l'humidité |
| Une grande puissance dans un petit format, | Configuration complexe |
| Faibles dommages causés par la chaleur en mode pulsé, | Moins efficace sur le plan énergétique |
4- Découpe laser à diode directe
Ce type de découpe laser utilise un minuscule composant appelé diode laser. Il s'agit d'un semi-conducteur qui permet de produire efficacement des faisceaux laser de grande puissance. Tout d'abord, le courant circule dans ces diodes. Il fournit de l'énergie aux atomes des diodes. En conséquence, les électrons de ces atomes absorbent de l'énergie et passent à un état d'énergie plus élevé.
En revenant à un état d'énergie plus faible, ils libèrent de l'énergie sous forme de photons. Ces photons provoquent ensuite une émission d'énergie stimulée en excitant d'autres atomes. Il en résulte des faisceaux laser de grande puissance. Il est intéressant de noter que les diodes laser utilisées ont un miroir sur un côté. Cette ouverture partielle du miroir permet au laser de s'échapper.
Une fois que les lasers s'échappent, ils sont dirigés vers le matériau et le coupent efficacement. Ce type de découpe laser convient à la découpe de matériaux fins. Cependant, il ne coupera pas si le matériau est trop épais ou trop dense. Ce que j'apprécie dans cette méthode de découpe, c'est que sa consommation d'énergie est très faible. Elle est couramment utilisée pour le marquage au laser, le soudage et la texturation des surfaces.
Voici un tableau présentant les avantages et les inconvénients de la découpe directe au laser à diode :
| Pour | Cons |
| Efficacité énergétique élevée, | Pas idéal pour les métaux épais |
| Compact et léger, | Puissance inférieure |
| Peu d'entretien, | Gamme de matériaux limitée |
| Rapide pour les matériaux fins, | Une qualité de faisceau plus faible |
| Réduction des coûts d'exploitation, | Faible profondeur de coupe |
Types de découpe laser en fonction de la méthode de découpe
Dans la section précédente, j'ai abordé les différents types de découpe laser. Ces types diffèrent les uns des autres en termes de source laser. Par exemple, dans la découpe au laser CO2, un mélange de différents gaz constitue la source du laser. De même, la découpe au laser à fibre utilise une fibre optique comme source de laser.
Crystals et DDL utilisent respectivement des cristaux à l'état solide et de minuscules diodes pour générer des lasers. C'est vrai ? Cependant, certains types de découpe laser sont basés sur la méthode utilisée pour découper le matériau. Par exemple, certaines méthodes de découpe laser utilisent la chaleur pour faire fondre le matériau, ce qui permet une découpe précise. À l'inverse, d'autres types de laser ne font pas fondre les matériaux.
Au lieu de cela, ils vaporisent le point ciblé pour découper le matériau. Ces méthodes de découpe au laser utilisent les types de laser susmentionnés. Voici un tableau présentant ces types de découpe laser en fonction de la manière dont ils découpent le matériau :
| Méthode de découpe au laser | Comment chaque méthode coupe le matériau ou la pièce | Types de laser couramment utilisés |
| Découpe laser par fusion | Fait fondre la matière ; le métal en fusion est emporté par le gaz | Laser à fibre, laser CO₂ |
| Découpe laser par vaporisation | Vaporisation du matériau directement en gaz - pas de fusion du matériau | Laser CO₂, Laser Nd:YAG |
| Découpe laser à distance | Fait fondre des matériaux fins en utilisant uniquement le faisceau (pas de gaz d'assistance) | Laser à fibre |
| Oxygen Laser Cutting | Chauffe et oxyde le matériau à l'aide d'oxygène gazeux | Laser CO₂, laser à fibre optique |
Comment choisir la bonne méthode de découpe au laser ?
Le choix de la méthode de découpe laser appropriée peut être un processus déroutant. En raison de cette confusion, vous risquez de choisir le mauvais type de laser. Cela affectera à la fois la qualité des découpes et le budget de votre projet. Voici quelques facteurs clés à prendre en compte lors du choix d'une méthode de découpe au laser. Ils vous aideront à choisir le type de laser le mieux adapté à vos besoins.
- Type de matériau : Tout d'abord, vous devez déterminer le type de matériau avec lequel vous travaillez. S'il s'agit d'un matériau non métallique, je recommande de choisir un laser CO₂. En revanche, la découpe laser à fibre est mieux adaptée aux métaux et aux matériaux très réfléchissants.
- Épaisseur du matériau : L'efficacité d'une méthode de découpe laser varie en fonction de l'épaisseur du matériau. Vous devez choisir des lasers à cristal ou à fibre pour les matériaux plus lourds et plus épais. En revanche, le DDL (Direct Diode Laser) est la meilleure option pour les matériaux fins.
- Volume de production : Chaque méthode de découpe laser a ses propres limites quant au volume de production qu'elle peut traiter. Je vous recommande d'opter pour une méthode de découpe au laser à fibre si vous avez créé une entreprise. Cette méthode vous permet de découper plus de pièces en moins de temps, ce qui vous permet de respecter les délais les plus stricts.
- Précision et qualité : Les fabricants privilégient généralement la précision et la qualité des coupes lors de la fabrication. C'est vrai ? Si c'est votre cas, vous devriez opter pour la découpe laser cristal. Bien qu'il soit coûteux, il produit des découpes fines, détaillées et lisses grâce à la qualité supérieure de son faisceau.
- Budget et rapidité : Je considère le laser à fibre comme la meilleure option, car son coût se situe dans la moyenne et il offre une vitesse fulgurante. La découpe au laser CO₂ est moins chère mais plus lente, ce qui peut affecter la productivité. La découpe au laser à cristaux est haut de gamme et très coûteuse, ce que je ne recommande pas.
Conclusion
Les techniques de découpe au laser jouent un rôle crucial dans la fabrication des métaux. Le faisceau laser de forte puissance peut facilement découper des matériaux de toute résistance. Cependant, les différents types de découpe laser varient en termes d'efficacité. Certains d'entre eux sont adaptés à la découpe de matériaux métalliques.
D'autre part, certaines méthodes de découpe au laser excellent dans la découpe de matériaux non métalliques. Dans cet article, j'ai expliqué les quatre principaux types de laser, classés en fonction de leur source laser. Cet article donne également un aperçu des types de laser en fonction de leurs capacités de découpe. Enfin, vous apprendrez quelle technique de découpe laser est la mieux adaptée à vos besoins.