Le laser a été utilisé pour la première fois pour la découpe dans les années 1970. Dans la ligne de production industrielle moderne, la découpe au laser est plus largement utilisée dans le traitement de la tôle, du plastique, du verre, de la céramique, des semi-conducteurs, des textiles, du bois et du papier et d'autres matériaux.
Au cours des prochaines années, l'application de la découpe laser dans le domaine de l'usinage de précision et du micro-usinage connaîtra également une croissance substantielle.
Découpe au laser
Lorsque le faisceau laser focalisé frappe la pièce, la température de la zone irradiée augmente fortement pour faire fondre ou vaporiser le matériau. Une fois que le faisceau laser pénètre dans la pièce, le processus de découpe commence : le faisceau laser se déplace le long de la ligne de contour tout en fondant le matériau. Habituellement, un jet d'air est utilisé pour souffler la fonte loin de l'incision, laissant un espace étroit entre la partie coupée et le cadre de la plaque, qui est presque aussi large que le faisceau laser focalisé.
Coupage à la flamme
L'oxycoupage est un processus standard utilisé lors de la coupe d'acier doux, en utilisant de l'oxygène comme gaz de coupe. L'oxygène est pressurisé jusqu'à 6 bars puis insufflé dans l'incision. Là, le métal chauffé réagit avec l'oxygène : il commence à brûler et à s'oxyder. La réaction chimique libère une grande quantité d'énergie (jusqu'à cinq fois l'énergie laser) pour aider le faisceau laser à couper.
Coupe par fusion
La coupe à l'état fondu est un autre processus standard utilisé lors de la coupe du métal. Il peut également être utilisé pour couper d'autres matériaux fusibles, tels que la céramique.
L'azote ou l'argon est utilisé comme gaz de coupe, et du gaz avec une pression de 2 à 20 bars est soufflé à travers l'incision. L'argon et l'azote sont des gaz inertes, ce qui signifie qu'ils ne réagissent pas avec le métal en fusion dans l'incision, mais les soufflent seulement vers le bas. En même temps, le gaz inerte peut protéger le tranchant de l'oxydation de l'air.
Coupe à l'air comprimé
L'air comprimé peut également être utilisé pour couper des plaques minces. Une pression d'air à 5-6 bar est suffisante pour souffler le métal en fusion dans l'incision. Étant donné que près de 80 % de l'air est constitué d'azote, le découpage à l'air comprimé est essentiellement un découpage par fusion.
Découpe assistée par plasma
Si les paramètres sont correctement sélectionnés, des nuages de plasma apparaîtront dans l'incision de fusion et de découpe assistée par plasma. Le nuage de plasma est composé de vapeur métallique ionisée et de gaz de coupe ionisé. Le nuage de plasma absorbe l'énergie du laser CO2 et la transforme en pièce, de sorte que plus d'énergie est couplée à la pièce, et le matériau fondra plus rapidement, entraînant une coupe plus rapide. Par conséquent, ce processus de découpe est également appelé découpe plasma à grande vitesse.
Le nuage de plasma est en fait transparent pour le laser solide, de sorte que la fusion et la découpe assistées par plasma ne peuvent utiliser que le laser CO2.
Coupe par vaporisation
La découpe par vaporisation évapore le matériau, minimisant autant que possible l'effet thermique sur les matériaux environnants. L'effet ci-dessus peut être obtenu en utilisant un traitement au laser CO2 continu pour évaporer des matériaux à faible chaleur et à absorption élevée, tels que des films plastiques minces et des matériaux infusibles tels que le bois, le papier et la mousse.
Les lasers à impulsions ultracourtes permettent d'appliquer cette technologie à d'autres matériaux. Les électrons libres du métal absorbent le laser et s'échauffent violemment. L'impulsion laser ne réagit pas avec les particules en fusion et le plasma, le matériau se sublime directement, et il n'y a pas de temps pour transférer de l'énergie aux matériaux environnants sous forme de chaleur. Lorsque l'impulsion picoseconde procède à l'ablation du matériau, il n'y a pas d'effet thermique évident, pas de fusion et de formation de bavures.
Paramètres : ajuster le processus de traitement
De nombreux paramètres affectent le processus de découpe laser, certains dépendent des performances techniques du laser et de la machine-outil, tandis que d'autres sont variables.
Degré de polarisation
Le degré de polarisation indique quel pourcentage de la lumière laser est converti. Le degré typique de polarisation est généralement d'environ 90 %. Ceci est suffisant pour une coupe de haute qualité.
Diamètre de mise au point
Le diamètre focal affecte la largeur de l'incision, et le diamètre focal peut être modifié en changeant la distance focale de la lentille de focalisation. Un diamètre focal plus petit signifie une incision plus étroite.
Position de mise au point
La position focale détermine le diamètre du faisceau et la densité de puissance à la surface de la pièce et la forme de l'incision.
Puissance laser
La puissance laser doit correspondre au type de traitement, au type de matériau et à l'épaisseur. La puissance doit être suffisamment élevée pour que la densité de puissance sur la pièce dépasse le seuil de traitement.
Mode de fonctionnement
Le mode continu est principalement utilisé pour découper des contours standard de métaux et de plastiques de quelques millimètres à quelques centimètres. Afin de fondre la perforation ou de produire un contour précis, un laser pulsé à basse fréquence est utilisé.
Vitesse de coupe
La puissance du laser et la vitesse de coupe doivent correspondre. Des vitesses de coupe trop rapides ou trop lentes entraîneront une augmentation de la rugosité et de la formation de bavures.
Diamètre de la buse
Le diamètre de la buse détermine le débit et la forme du gaz projeté par la buse. Plus le matériau est épais, plus le diamètre du jet de gaz est grand et, par conséquent, plus le diamètre de la buse est grand.
Pureté et pression du gaz
L'oxygène et l'azote sont souvent utilisés comme gaz de coupe. La pureté et la pression de l'air affectent l'effet de coupe.
Lors de l'utilisation de l'oxycoupage à la flamme, la pureté du gaz doit atteindre 99,95 %. Plus la tôle d'acier est épaisse, plus la pression du gaz utilisé est faible.
Lors de l'utilisation d'azote pour la fusion et la découpe, la pureté du gaz doit atteindre 99,995% (idéalement 99,999%), et une pression d'air plus élevée est requise pour la fusion et la découpe de plaques d'acier épaisses.
Fiche technique
Au début de la découpe laser, les utilisateurs doivent décider eux-mêmes du réglage des paramètres de traitement par le biais d'une opération d'essai. Maintenant, les paramètres de traitement matures sont stockés dans le dispositif de contrôle du système de coupe. Pour chaque type et épaisseur de matériau, il existe des données correspondantes. Le tableau des paramètres techniques permet même à ceux qui ne sont pas familiarisés avec cette technologie de faire fonctionner l'équipement de découpe laser en douceur.
Facteurs d'évaluation de la qualité de la découpe laser
Il existe de nombreux critères pour juger de la qualité des bords découpés au laser. Les normes telles que la forme des bavures, la dépression et le grain peuvent être jugées à l'œil nu ; la verticalité, la rugosité et la largeur de coupe doivent être mesurées avec des instruments spéciaux. Le dépôt de matériau, la corrosion, la zone affectée thermiquement et la déformation sont également des facteurs importants pour mesurer la qualité de la découpe laser.
Larges perspectives
Le succès continu de la découpe laser dépasse la plupart des autres entreprises. Cette tendance se poursuit aujourd'hui. A l'avenir, les perspectives d'application de la découpe laser seront de plus en plus larges.
Découpe au laser
Lorsque le faisceau laser focalisé frappe la pièce, la température de la zone irradiée augmente fortement pour faire fondre ou vaporiser le matériau. Une fois que le faisceau laser pénètre dans la pièce, le processus de découpe commence : le faisceau laser se déplace le long de la ligne de contour tout en fondant le matériau. Habituellement, un jet d'air est utilisé pour souffler la fonte loin de l'incision, laissant un espace étroit entre la partie coupée et le cadre de la plaque, qui est presque aussi large que le faisceau laser focalisé.
Coupage à la flamme
L'oxycoupage est un processus standard utilisé lors de la coupe d'acier doux, en utilisant de l'oxygène comme gaz de coupe. L'oxygène est pressurisé jusqu'à 6 bars puis insufflé dans l'incision. Là, le métal chauffé réagit avec l'oxygène : il commence à brûler et à s'oxyder. La réaction chimique libère une grande quantité d'énergie (jusqu'à cinq fois l'énergie laser) pour aider le faisceau laser à couper.
Coupe par fusion
La coupe à l'état fondu est un autre processus standard utilisé lors de la coupe du métal. Il peut également être utilisé pour couper d'autres matériaux fusibles, tels que la céramique.
L'azote ou l'argon est utilisé comme gaz de coupe, et du gaz avec une pression de 2 à 20 bars est soufflé à travers l'incision. L'argon et l'azote sont des gaz inertes, ce qui signifie qu'ils ne réagissent pas avec le métal en fusion dans l'incision, mais les soufflent seulement vers le bas. En même temps, le gaz inerte peut protéger le tranchant de l'oxydation de l'air.
Coupe à l'air comprimé
L'air comprimé peut également être utilisé pour couper des plaques minces. Une pression d'air à 5-6 bar est suffisante pour souffler le métal en fusion dans l'incision. Étant donné que près de 80 % de l'air est constitué d'azote, le découpage à l'air comprimé est essentiellement un découpage par fusion.
Découpe assistée par plasma
Si les paramètres sont correctement sélectionnés, des nuages de plasma apparaîtront dans l'incision de fusion et de découpe assistée par plasma. Le nuage de plasma est composé de vapeur métallique ionisée et de gaz de coupe ionisé. Le nuage de plasma absorbe l'énergie du laser CO2 et la transforme en pièce, de sorte que plus d'énergie est couplée à la pièce, et le matériau fondra plus rapidement, entraînant une coupe plus rapide. Par conséquent, ce processus de découpe est également appelé découpe plasma à grande vitesse.
Le nuage de plasma est en fait transparent pour le laser solide, de sorte que la fusion et la découpe assistées par plasma ne peuvent utiliser que le laser CO2.
Coupe par vaporisation
La découpe par vaporisation évapore le matériau, minimisant autant que possible l'effet thermique sur les matériaux environnants. L'effet ci-dessus peut être obtenu en utilisant un traitement au laser CO2 continu pour évaporer des matériaux à faible chaleur et à absorption élevée, tels que des films plastiques minces et des matériaux infusibles tels que le bois, le papier et la mousse.
Les lasers à impulsions ultracourtes permettent d'appliquer cette technologie à d'autres matériaux. Les électrons libres du métal absorbent le laser et s'échauffent violemment. L'impulsion laser ne réagit pas avec les particules en fusion et le plasma, le matériau se sublime directement, et il n'y a pas de temps pour transférer de l'énergie aux matériaux environnants sous forme de chaleur. Lorsque l'impulsion picoseconde procède à l'ablation du matériau, il n'y a pas d'effet thermique évident, pas de fusion et de formation de bavures.
Paramètres : ajuster le processus de traitement
De nombreux paramètres affectent le processus de découpe laser, certains dépendent des performances techniques du laser et de la machine-outil, tandis que d'autres sont variables.
Degré de polarisation
Le degré de polarisation indique quel pourcentage de la lumière laser est converti. Le degré typique de polarisation est généralement d'environ 90 %. Ceci est suffisant pour une coupe de haute qualité.
Diamètre de mise au point
Le diamètre focal affecte la largeur de l'incision, et le diamètre focal peut être modifié en changeant la distance focale de la lentille de focalisation. Un diamètre focal plus petit signifie une incision plus étroite.
Position de mise au point
La position focale détermine le diamètre du faisceau et la densité de puissance à la surface de la pièce et la forme de l'incision.
Puissance laser
La puissance laser doit correspondre au type de traitement, au type de matériau et à l'épaisseur. La puissance doit être suffisamment élevée pour que la densité de puissance sur la pièce dépasse le seuil de traitement.
Mode de fonctionnement
Le mode continu est principalement utilisé pour découper des contours standard de métaux et de plastiques de quelques millimètres à quelques centimètres. Afin de fondre la perforation ou de produire un contour précis, un laser pulsé à basse fréquence est utilisé.
Vitesse de coupe
La puissance du laser et la vitesse de coupe doivent correspondre. Des vitesses de coupe trop rapides ou trop lentes entraîneront une augmentation de la rugosité et de la formation de bavures.
Diamètre de la buse
Le diamètre de la buse détermine le débit et la forme du gaz projeté par la buse. Plus le matériau est épais, plus le diamètre du jet de gaz est grand et, par conséquent, plus le diamètre de la buse est grand.
Pureté et pression du gaz
L'oxygène et l'azote sont souvent utilisés comme gaz de coupe. La pureté et la pression de l'air affectent l'effet de coupe.
Lors de l'utilisation de l'oxycoupage à la flamme, la pureté du gaz doit atteindre 99,95 %. Plus la tôle d'acier est épaisse, plus la pression du gaz utilisé est faible.
Lors de l'utilisation d'azote pour la fusion et la découpe, la pureté du gaz doit atteindre 99,995% (idéalement 99,999%), et une pression d'air plus élevée est requise pour la fusion et la découpe de plaques d'acier épaisses.
Fiche technique
Au début de la découpe laser, les utilisateurs doivent décider eux-mêmes du réglage des paramètres de traitement par le biais d'une opération d'essai. Maintenant, les paramètres de traitement matures sont stockés dans le dispositif de contrôle du système de coupe. Pour chaque type et épaisseur de matériau, il existe des données correspondantes. Le tableau des paramètres techniques permet même à ceux qui ne sont pas familiarisés avec cette technologie de faire fonctionner l'équipement de découpe laser en douceur.
Facteurs d'évaluation de la qualité de la découpe laser
Il existe de nombreux critères pour juger de la qualité des bords découpés au laser. Les normes telles que la forme des bavures, la dépression et le grain peuvent être jugées à l'œil nu ; la verticalité, la rugosité et la largeur de coupe doivent être mesurées avec des instruments spéciaux. Le dépôt de matériau, la corrosion, la zone affectée thermiquement et la déformation sont également des facteurs importants pour mesurer la qualité de la découpe laser.
Larges perspectives
Le succès continu de la découpe laser dépasse la plupart des autres entreprises. Cette tendance se poursuit aujourd'hui. A l'avenir, les perspectives d'application de la découpe laser seront de plus en plus larges.
