Qu'est-ce que la découpe laser ? Définition, types, caractéristiques, utilisations

Définition

Laser cmise en œuvre est une méthode de découpe thermique qui utilise un faisceau laser focalisé de haute puissance pour irradier le matériau à découper, provoquant un échauffement rapide du matériau qui atteint le point d'ignition, puis fond, s'ablate, se vaporise et s'évapore pour former des trous. Au fur et à mesure que le faisceau se déplace sur le matériau, les trous s'agrandissent pour former des fentes plus étroites, et en même temps, le matériau fondu est soufflé par un gaz de travail à haute pression pour réaliser une coupe lisse et propre.

Principe

Le laser utilise l'excitation d'une substance pour générer un faisceau. Ce faisceau a une température élevée. Au contact du matériau, il peut rapidement fondre à la surface du matériau pour former un trou. En fonction du mouvement du point d'enregistrement, la découpe est formée. Par rapport à la méthode de découpe traditionnelle, la méthode de découpe présente un écart plus faible et permet d'économiser la majeure partie du matériau. Toutefois, l'analyse est définie en fonction de l'effet de coupe. Le matériau découpé au laser présente un effet de coupe satisfaisant et une grande précision. Outre les avantages du laser, il n'a rien à envier aux méthodes de découpe ordinaires.

Les types

La découpe laser se décline en quatre catégories : la découpe par vaporisation, la découpe par fusion, la découpe à l'oxygène, le rainurage et la fracture contrôlée.

1. Découpe par vaporisation laser

En utilisant un faisceau laser à haute densité énergétique pour chauffer la pièce, la température augmente rapidement, atteint le point d'ébullition du matériau en très peu de temps, et le matériau commence à se vaporiser pour former de la vapeur. La vitesse d'éjection de ces vapeurs est très élevée et, en même temps que les vapeurs sont éjectées, une coupure se forme dans le matériau. La chaleur de vaporisation des matériaux étant généralement très importante, la vaporisation et la découpe au laser nécessitent une puissance et une densité de puissance élevées.

Le découpage par vaporisation est principalement utilisé pour les matériaux métalliques extrêmement fins et les matériaux non métalliques (tels que le papier, le tissu, le bois, le plastique et le caoutchouc, etc.)

2. Découpe par fusion laser

Dans la découpe par fusion, le matériau métallique est fondu par le chauffage laser, puis le gaz non oxydant (Ar, He, N, etc.) est pulvérisé à travers la buse coaxiale avec le faisceau, et le métal liquide est déchargé par la forte pression du gaz pour former une coupe. La découpe par fusion laser ne nécessite pas de vaporiser complètement le métal, et l'énergie requise n'est que 1/10 de la découpe par vaporisation.

Le découpage par fusion est principalement utilisé pour les matériaux qui ne sont pas facilement oxydables ou les métaux actifs, tels que l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et leurs alliages.

3. Oxycoupage au laser

Le principe de la découpe laser-oxygène est similaire à celui de la découpe oxyacétylénique. Il utilise un faisceau laser comme source de chaleur de préchauffage et un gaz actif tel que l'oxygène comme gaz de coupe. D'une part, le gaz soufflé interagit avec le métal à découper pour provoquer une réaction d'oxydation et émettre une grande quantité de chaleur d'oxydation ; d'autre part, l'oxyde fondu et la matière en fusion sont expulsés de la zone de réaction pour former une entaille dans le métal. Comme la réaction d'oxydation dans le processus de découpe génère beaucoup de chaleur, l'énergie nécessaire à l'oxycoupage laser n'est que la moitié de celle nécessaire à la découpe par fusion, et la vitesse de découpe est beaucoup plus rapide que la découpe par vaporisation et la découpe par fusion. L'oxycoupage laser est principalement utilisé pour les matériaux métalliques facilement oxydables tels que l'acier au carbone, l'acier au titane et l'acier traité thermiquement.

4. Traçage au laser et fracture contrôlée

Le marquage au laser utilise un laser à haute densité énergétique pour balayer la surface d'un matériau fragile, de sorte que le matériau est chauffé pour évaporer une petite rainure, puis appliquer une certaine pression, le matériau fragile se fissurera le long de la petite rainure. Les lasers utilisés pour le scribing sont généralement des lasers à commutation Q et des lasers CO2.

Le contrôle des fractures est l'utilisation de la distribution de température abrupte générée par le rainurage au laser, qui génère une contrainte thermique locale dans le matériau fragile et brise le matériau le long de la petite rainure.

Caractéristiques

Par rapport à d'autres méthodes de découpe thermique, la découpe laser se caractérise par une vitesse de découpe rapide et une qualité élevée. Les aspects suivants peuvent être résumés de manière spécifique.

1. Bonne qualité de coupe

Grâce au petit point de coupe, à la densité d'énergie élevée et à la vitesse de coupe rapide, il est possible d'obtenir une qualité de coupe élevée.

a. L'incision de coupe est étroite, les deux côtés de la fente sont parallèles et perpendiculaires à la surface, et la précision dimensionnelle des pièces coupées peut atteindre ±0,05 mm.

b. La surface de coupe est lisse et propre, la rugosité de surface n'est que de quelques dizaines de microns, sans traitement mécanique, et les pièces peuvent être utilisées directement.

c. Après la découpe du matériau au laser, la largeur de la zone affectée par la chaleur est très faible, la performance du matériau à proximité de la fente n'est pratiquement pas affectée, la déformation de la pièce est faible, la précision de la découpe est élevée, la géométrie de la fente est bonne et la forme de la section transversale de la fente est plus régulière que celle d'un rectangle.

2. Efficacité de coupe élevée

En raison des caractéristiques de la transmission, la découpeuse laser est généralement équipée de plusieurs tables de travail CNC, et l'ensemble du processus de découpe peut être entièrement contrôlé par CNC. En cours de fonctionnement, il suffit de changer le programme de commande numérique, il peut être appliqué à la découpe de pièces de différentes formes, à la fois à la découpe bidimensionnelle et à la découpe tridimensionnelle.

3. Vitesse de coupe rapide

En utilisant un laser d'une puissance de 1200 W pour découper une plaque d'acier à faible teneur en carbone de 2 mm d'épaisseur, la vitesse de découpe peut atteindre 600 cm/min ; en découpant un panneau de résine de polypropylène de 5 mm d'épaisseur, la vitesse de découpe peut atteindre 1200 cm/min. Le matériau n'a pas besoin d'être serré et fixé pendant la découpe, ce qui permet non seulement d'économiser des outils, mais aussi d'économiser du temps auxiliaire pour le chargement et le déchargement.

4. Coupe sans contact

La torche de découpe n'est pas en contact avec la pièce et il n'y a pas d'usure de l'outil. Pour traiter des pièces de formes différentes, il n'est pas nécessaire de changer d'"outil", il suffit de modifier les paramètres de sortie du laser. Le processus de découpe est peu bruyant, peu vibrant et non polluant.

5. Il existe de nombreux types de matériaux de coupe

Par rapport à la découpe oxyacétylénique et à la découpe plasma, il existe de nombreux types de matériaux pouvant être découpés au laser, notamment le métal, le non-métal, les matériaux composites à base de métal et à base de non-métal, le cuir, le bois et la fibre. Cependant, en raison de leurs propriétés thermophysiques et de leurs taux d'absorption différents des lasers, les différents matériaux présentent une adaptabilité différente à la découpe laser.

Applications

La plupart des découpeurs laser sont commandés par des programmes CNC ou transformés en robots de découpe. En tant que méthode de traitement précise, le laser peut découper presque tous les matériaux, y compris la découpe bidimensionnelle ou la découpe tridimensionnelle de fines plaques de métal.

Dans le domaine de la construction automobile, la technologie de découpe des courbes spatiales telles que les vitres de toit des voitures a été largement utilisée. La société allemande Volkswagen utilise un laser d'une puissance de 500 W pour découper des tôles de carrosserie de forme complexe et diverses pièces incurvées. Dans le domaine aérospatial, la technologie laser est utilisée pour découper des matériaux aéronautiques spéciaux, tels que les alliages de titane, les alliages d'aluminium, les alliages de nickel, les alliages de chrome, l'acier inoxydable, l'oxyde de béryllium, les matériaux composites, les plastiques, les céramiques et le quartz. Les pièces aérospatiales découpées au laser comprennent le tube à flamme du moteur, le boîtier à parois minces en alliage de titane, le cadre de l'avion, la peau en alliage de titane, la poutrelle de l'aile, le panneau de l'aile de queue, le rotor principal de l'hélicoptère, la tuile d'isolation thermique en céramique de la navette spatiale, etc.

La technologie de découpe laser est également utilisée dans le domaine des matériaux non métalliques. Elle permet non seulement de découper des matériaux très durs et fragiles, tels que le nitrure de silicium, la céramique, le quartz, etc., mais aussi de découper et de traiter des matériaux flexibles, tels que le tissu, le papier, les plaques en plastique, le caoutchouc, etc.

Tendances

1. La machine à découper au laser poursuivra la révolution de la fabrication de produits d'époque.

La source laser est l'élément central de la découpeuse et un indicateur important qui détermine le type et la capacité de découpe d'une découpeuse laser. Il va sans dire que les changements futurs des découpeurs laser se produiront également au niveau des sources laser. Comme nous l'avons mentionné plus haut, le remplacement des CO2 lamachine à couper les serres Le laser à fibre est la révolution technologique la plus importante des 40 années qui se sont écoulées depuis la naissance du laser, qui a apporté des avantages économiques historiques aux fabricants et aux utilisateurs nouveaux et anciens dans ce domaine. À l'avenir, y aura-t-il une nouvelle source lumineuse moins chère que les lasers à fibre, avec de meilleures performances, un mode de faisceau plus excellent, un taux de conversion électro-optique plus élevé ou un coût global plus faible ? La réponse est bien sûr oui. Il faut alors se demander quel type de laser. Bien sûr, il est impossible de donner une réponse précise aujourd'hui. La science et la technologie échouent parfois, parfois à des milliers de kilomètres par jour.

2. Les lasers à fibre de haute puissance deviendront la principale force sur le marché de la découpe laser.

Aujourd'hui, les machines de découpe par fibre optique de différentes gammes de puissance ont connu un grand développement. Cependant, où se situera la puissance principale des machines de découpe laser à l'avenir ? Bien que les machines de chaque gamme de puissance aient leur propre utilisation, la famille des lasers qui a commencé avec les lasers à fibre de haute puissance et qui a déclenché la révolution mondiale de la technologie laser, considère une puissance plus élevée, une plus grande précision et une plus grande capacité de coupe comme l'une des directions importantes du développement de la découpe laser à fibre. BOGONGCNC a récemment lancé un système de découpe laser à ultra-haute vitesse de 15KW. fibre machine de découpe laserqui a réalisé une percée sans précédent en matière de vitesse et d'épaisseur de coupe, ce qui a attiré l'attention de l'industrie. Ce produit contient-il les futures tendances de développement des découpeurs laser ? Cela vaut la peine d'attendre avec impatience les experts de l'industrie, les universitaires et les amis utilisateurs. En outre, nous pouvons être sûrs que dans un avenir proche, de nombreux fabricants nationaux et étrangers de découpeurs laser à fibre lanceront une concurrence féroce sur le marché. Seules les entreprises dont les produits sont d'excellente qualité, qui se concentrent en permanence sur les investissements en recherche et développement et qui maîtrisent les technologies concurrentielles de base peuvent y parvenir et rester invincibles.

3. L'ère de l'intelligence arrive.

Qu'il s'agisse de l'industrie 4.0 en Allemagne ou de la fabrication intelligente en Chine, la quatrième révolution industrielle dans le domaine de l'industrie arrive. En tant qu'entreprise de haute précision Machine de découpe laser CNCLa découpeuse laser suivra certainement l'évolution du temps et de la technologie. Le développement de l'automatisation de la découpeuse laser a considérablement amélioré la capacité de production et le niveau d'automatisation de l'atelier de tôlerie.

À l'avenir, sur cette base, une ère de fabrication intelligente des découpeurs laser se prépare dans les domaines de la technologie des réseaux, de la technologie de la communication, de la technologie des logiciels informatiques et d'autres domaines. Il est prévisible qu'en tant que moyen de découpage de précision de la tôle, il utilisera inévitablement ses propres capacités de communication en réseau pour communiquer avec la ligne de déroulage de la tôle de l'usine, la cintreuse, la poinçonneuse CNC, l'unité de soudage (rivetage), la ligne de grenaillage et de revêtement. D'autres équipements, intégrés dans un plan de production unifié, un système de gestion des tâches et de l'évaluation, sont devenus une partie importante du système de gestion de l'atelier de tôlerie. En conséquence, les fabricants de lasers se transformeront progressivement en entrepreneurs de fabrication de tôles.