La découpe laser est une méthode très efficace pour la fabrication métallique. Il utilise des faisceaux laser de haute puissance pour couper et façonner facilement les matériaux les plus rigides. Son efficacité en a fait une option de fabrication supérieure aux méthodes de découpe traditionnelles. Cependant, de nombreuses personnes ne comprennent pas encore les bases de ce processus et demandent : "Qu'est-ce que la découpe laser ?".
Il est essentiel de comprendre les bases de la découpe au laser pour tirer le meilleur parti de ce processus. Si vous êtes de ceux qui n'ont aucune connaissance de la découpe au laser, ne vous inquiétez pas ! Dans cet article, je vous expliquerai tout sur ce procédé de découpe au laser. Vous découvrirez l'histoire, les principaux composants et le fonctionnement étape par étape de la découpe au laser. Alors, c'est parti !
Qu'est-ce que la découpe laser ?
Il s'agit d'un processus avancé qui utilise des faisceaux laser à haute énergie. Ces faisceaux font fondre ou vaporisent le point cible. Le système informatisé contrôle la direction et l'intensité de ces faisceaux pour créer des coupes et des formes précises. Cette procédure de découpe sans contact n'entraîne aucun gaspillage de matériaux.
Les machines de découpe laser sont équipées d'une source laser. Cette source émet des lasers de l'énergie requise, qui sont les pièces à découper. L'histoire de la technologie laser remonte aux années 1960. Theodore Maiman a travaillé pour la première fois sur la technologie laser en 1960. À l'époque, les fabricants utilisaient des méthodes de découpe manuelles.
En 1965, le Western Electric Engineering Research Center a inventé la première machine de découpe laser. Il s'agissait d'une machine de base, sans précision particulière, mais elle constituait un premier pas vers l'innovation. La première utilisation des machines laser consistait à créer des trous dans des matrices en diamant. N'oublions pas que la découpe de matériaux durs a toujours été un défi.
Cependant, les fabricants pouvaient découper, façonner et percer des trous dans les matériaux les plus rigides avec des machines laser. Dans les années 1980, le CO₂ a également été développé, ce qui a encore attiré l'attention. Au début des années 1990, le système de contrôle informatisé a été introduit dans la machine de découpe au laser.
Il s'est avéré être une avancée significative dans l'amélioration de la précision des machines de découpe laser. Par la suite, de nombreux fabricants ont commencé à utiliser ces machines laser à commande numérique en raison de leur précision et de leur rapidité. Aujourd'hui, ces machines sont indispensables aux industries manufacturières de pointe. De l'automobile à l'aérospatiale, leur utilisation est omniprésente.
Composants d'une machine de découpe laser
Les machines de découpe laser semblent être une seule et même unité. Cependant, leur travail est très complexe et nécessite le fonctionnement systématique de divers composants. Il est essentiel de comprendre les composants et leur fonction, car ils contrôlent le fonctionnement de l'ensemble. découpe au laser machine. Dans la section ci-dessous, j'aborderai chacun des composants de la machine de découpe au laser :
- Source laser : Comme son nom l'indique, il s'agit d'une source qui émet des faisceaux laser à haute énergie. Il existe différents types de sources laser en fonction du type de machine.
- Table de travail : Il s'agit de la plate-forme sur laquelle la pièce est fixée. En règle générale, une table de travail serre la pièce (matériau) et lui permet de se déplacer. Elle améliore ainsi le bon fonctionnement des machines de découpe laser.
- Contrôleur CNC : C'est la partie la plus essentielle d'une machine de découpe laser moderne. L'opérateur donne à ce contrôleur CNC des instructions codées en G. Ces contrôleurs CNC commandent alors le fonctionnement de la machine en fonction des instructions données. La tête de découpe des machines de découpe au laser se déplace vers un contrôleur CNC.
- Lentilles et miroirs : Le laser émis par la source est généralement dispersé. Les optiques de focalisation, telles que les miroirs et les lentilles, focalisent ce faisceau laser. Ces lentilles ou miroirs concentrent le faisceau laser au bon endroit pour une découpe précise.
- Tête de coupe : Les lentilles et les miroirs mentionnés ci-dessus se trouvent sur la tête de coupe. Elle se compose également de buses émettant des gaz spécifiques, c'est-à-dire de l'oxygène ou de l'azote. Cette tête se déplace sur le matériau et dirige le faisceau laser au bon endroit.
- Système de mouvement : Comme indiqué précédemment, la tête de coupe se déplace au-dessus du matériau. Le système de mouvement facilite le déplacement de la tête de coupe. Ce système se compose de moteurs, de courroies et de rails. Il permet à la tête de se déplacer sur les axes X, Y et Z selon des instructions informatisées.
Comment fonctionne la découpe laser ? Processus étape par étape
Tous les composants mentionnés ci-dessus fonctionnent ensemble. Un défaut mineur dans l'un d'entre eux entraînera une défaillance de la machine de découpe laser. Dans la section ci-dessous, j'expliquerai étape par étape le fonctionnement de la découpe au laser. C'est parti !
1- Génération d'instructions codées
La première étape pour l'opérateur consiste à générer les instructions codées en G. Cette étape est cruciale, car de petites erreurs peuvent entraîner des imperfections lors de la coupe ou du façonnage. Cette étape est cruciale, car de petites erreurs peuvent entraîner des imperfections lors de la coupe ou du façonnage. De plus, elle requiert un niveau d'expertise plus élevé.
Voyons comment les instructions codées en G sont fabriquées. Tout d'abord, la forme requise est conçue. Il s'agit d'un modèle numérique de ce dont les fabricants ont besoin. En général, les fabricants font appel à des concepteurs experts pour réaliser les premières conceptions. Les concepteurs utilisent des logiciels de CAO pour créer des modèles. Il s'agit d'une forme que les fabricants veulent que les machines de découpe au laser produisent.
Une fois le modèle prêt, il est transmis au logiciel de FAO. Le logiciel de FAO traite la conception qui lui est donnée. Après une interprétation correcte, ce logiciel crée des instructions informatisées. Ces instructions se présentent sous la forme de codes (instructions codées en G). L'opérateur transmet ensuite ces instructions codées aux machines de découpe au laser.
On peut se demander comment les machines reçoivent ces instructions ou fichiers codés en G. Comme je l'ai indiqué plus haut, les machines laser sont dotées d'une interface. Comme je l'ai indiqué plus haut, les machines laser sont dotées d'une interface. L'opérateur utilise cette interface informatisée pour transférer les instructions codées en G à la machine. N'oubliez pas que les contrôleurs CNC interprètent ces instructions et les suivent.
2- Génération de faisceaux laser
La deuxième étape consiste à générer des faisceaux laser. Comme je l'ai dit précédemment, les machines de découpe laser sont équipées de sources laser. Ces sources sont constituées de gaz qui créent des faisceaux laser. En général, ces gaz comprennent le dioxyde de carbone, l'azote et l'hélium. À l'intérieur de la source, de l'énergie électrique est libérée. Cette énergie excite les atomes de ces gaz.
Rappelez-vous que lorsqu'un atome absorbe de l'énergie, il passe à un état énergétique supérieur. Il en va de même pour les machines laser. Les atomes de ces gaz absorbent l'énergie électrique et passent à un état d'énergie supérieur. Mais lorsque ces électrons retournent dans une coquille d'énergie inférieure, ils libèrent de l'énergie. La libération d'énergie se fait sous forme de lumière, ce que nous appelons un faisceau laser.
3- Amplification laser
Le laser (énergie lumineuse) que nous obtenons lorsqu'un atome passe à un état d'énergie inférieur est dispersé. Cette énergie dispersée est inutile et ne peut pas contribuer au processus de découpe. C'est pourquoi les machines de découpe au laser utilisent des optiques de focalisation spécialisées. Les lentilles et les miroirs concentrent le faisceau laser et l'empêchent de se disperser.
Grâce à ces lentilles, le faisceau laser devient très focalisé et plus étroit. Il peut facilement atteindre des cibles ou des points minuscules grâce à sa focalisation et à sa concentration. N'oubliez pas que les machines sont équipées de résonateurs laser qui amplifient l'énergie du faisceau laser. Le résonateur laser se compose d'une série de miroirs qui réfléchissent la lumière.
Lorsque le faisceau laser (photon) frappe les miroirs, il se déplace d'avant en arrière en raison de la réflexion. N'oubliez pas que ces miroirs sont en série. En raison de la liaison continue, l'énergie du photon augmente. L'un des miroirs de la série est partiellement réfléchissant. Lorsqu'un photon le frappe, ce miroir lui permet de s'échapper avec une énergie amplifiée.
Ces photons échappés sont des faisceaux laser que les machines utilisent. Ces faisceaux sont dirigés vers la pièce à usiner. Ils ont une énergie plus élevée pour couper et façonner n'importe quel matériau de n'importe quelle épaisseur. L'interface des machines de découpe laser permet aux opérateurs de régler le niveau d'amplification des faisceaux laser.
4- Focalisation du faisceau à travers la tête de coupe
Comme je l'ai dit précédemment, le laser sort par la tête de coupe. Cette tête est constituée de miroirs et de lentilles qui amplifient le laser. Après avoir amplifié le faisceau laser, celui-ci sort par la buse de la tête de découpe. Cette tête passe au-dessus du matériau ou de la pièce à usiner. Le laser sort et frappe directement la surface du matériau.
L'énergie plus élevée du faisceau fait fondre et évaporer le matériau. La fusion permet de découper le matériau en douceur. Plus le matériau est résistant et épais, plus le niveau d'amplification du faisceau laser doit être élevé, et inversement. Le mouvement de la tête de coupe est important. Si ce mouvement n'est pas correct, les fabricants n'obtiendront jamais une découpe de précision.
C'est pourquoi les machines de découpe au laser sont équipées d'un contrôleur CNC. Ce composant contrôle le mouvement de la tête de découpe selon des instructions informatisées. Tous les fabricants qui utilisent des machines de découpe laser à commande numérique ont des concepteurs internes qui créent des dessins CAO. N'oubliez pas qu'une mauvaise conception se traduira par une mauvaise instruction codée en G, ce qui ruinera la précision.
5- Rôle du gaz d'assistance dans la découpe laser
En règle générale, le faisceau laser fait fondre le matériau et le découpe. Cependant, la partie fondue peut avoir un aspect ingrat et affecter la finition des coupes, n'est-ce pas ? Dans ce cas, les machines de découpe laser modernes sont équipées d'options de gaz d'assistance comme l'azote ou l'oxygène. Ces gaz sortent de la buse de la tête de coupe et nettoient la pièce découpée. Ils ne permettent pas au résidu fondu de rester sur la coupe.
De cette manière, le faisceau laser peut continuer à découper la pièce en douceur. En outre, ces gaz d'assistance éliminent les risques d'oxydation, ce qui pourrait être un gros problème pour la qualité de la coupe. La buse de la tête de coupe présente une petite ouverture. Lorsqu'un laser sort pour découper le matériau, la deuxième ouverture s'ouvre. Par conséquent, l'assistant sort pour nettoyer la pièce découpée.
Quels sont les matériaux qui peuvent être découpés au laser ?
Les machines de découpe laser sont très polyvalentes en termes de compatibilité. Elles peuvent facilement découper et façonner n'importe quel matériau, quelle que soit son épaisseur. Toutefois, certains matériaux sont plus faciles à découper que d'autres. Cependant, il n'existe aucun matériau qui ne puisse être découpé avec les machines de découpe laser modernes.
Rappelons que tous les métaux peuvent être découpés à l'aide de machines de découpe laser. Toutefois, l'épaisseur du matériau influe sur le fonctionnement des machines laser. Par exemple, un matériau plus épais nécessitera un faisceau laser à haute énergie, et vice versa. Il est intéressant de noter que les machines modernes sont dotées de fonctions de réglage. Les opérateurs peuvent facilement régler l'intensité des faisceaux laser.
Les fabricants peuvent découper du métal et du non-métal de n'importe quelle épaisseur. Toutefois, certains matériaux réfléchissants posent des problèmes aux machines de découpe laser. Ils réfléchissent le faisceau laser (lumière), gaspillant ainsi une partie de l'énergie du faisceau laser. Toutefois, ces matériaux peuvent également être découpés en utilisant la technique et les types de laser appropriés.
Coup d'œil rapide : Certains matériaux dégagent des fumées lorsqu'ils sont découpés au laser. C'est le cas du PVC et des plastiques chlorés. Ces fumées peuvent être toxiques pour l'homme. C'est pourquoi je recommande de porter des équipements de sécurité tels que des gants et des masques. L'inhalation de ces fumées peut provoquer des allergies et d'autres problèmes de santé.
Conclusion
Le processus de découpe laser est complexe et déroutant. Pour le comprendre, il faut avoir des connaissances de base sur les composants de la machine. Dans cet article, j'ai expliqué les composants et le fonctionnement de ces machines. Même si vous êtes débutant, il ne sera plus difficile de comprendre le fonctionnement des machines laser.
N'oubliez pas qu'il existe une différence entre les machines de découpe laser anciennes et modernes. Toutefois, ces différences résident dans leurs caractéristiques supplémentaires. Les trois fonctions essentielles des deux machines sont presque similaires. Les anciennes machines dépourvues de contrôleurs CNC sont moins coûteuses et nécessitent davantage d'efforts humains. En revanche, les machines de découpe laser modernes offrent une précision exceptionnelle.