Dès les années 1970, le laser était utilisé pour la découpe pour la première fois. Dans la production industrielle moderne, la découpe au laser est plus largement utilisée dans le traitement de la tôle, des plastiques, du verre, de la céramique, des semi-conducteurs, des textiles, du bois et du papier…etc.

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 s'élève brusquement pour 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 faisant fondre le matériau. Normalement un jet d'air est utilisé pour souffler la masse fondue loin de l'incision, laissant un espace étroit entre la partie coupée et la tôle, qui est presque aussi large que le faisceau laser focalisé.

Découpe à la flamme

La découpe à la flamme est un processus standard utilisé lors de la découpe d'acier doux, utilisant de l'oxygène comme gaz de découpe. L'oxygène est pressurisé jusqu'à 6 bars puis soufflé dans l'incision. 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 de l'énergie laser) pour aider le faisceau laser à couper.

Découpe par fusion

La découpe par fusion est un autre processus standard utilisé lors de la découpe du métal. Il peut également être utilisé pour couper d'autres matériaux fusibles, tels que la céramique.

Utilisez de l'azote ou de l'argon comme gaz de coupe et soufflez de 2 à 20 bars de gaz à travers l'incision. L'argon et l'azote sont des gaz inertes, ce qui signifie qu'ils ne réagissent pas avec le métal fondu dans l'incision, mais les soufflent seulement vers le bas. Dans le même temps, un gaz inerte peut protéger le tranchant de l'oxydation de l'air.

Découpe à air comprimé

L'air comprimé peut également être utilisé pour couper des plaques minces. La pressurisation de l'air à 5-6 bar suffit pour souffler le métal fondu dans l'incision. Étant donné que près de 80% de l'air est de l'azote, la découpe à l'air comprimé est essentiellement une découpe par fusion.

Découpe assistée au 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 découpe ionisé. Le nuage de plasma absorbe l'énergie du laser CO 2 et la transforme en pièce à usiner, de sorte que plus d'énergie est couplée à la pièce à usiner, et le matériau fondra plus rapidement, accélérant ainsi la vitesse de découpe. Par conséquent, ce processus de découpe est également appelé découpe plasma à grande vitesse.
Le nuage de plasma est en fait transparent par rapport aux laser solide, de sorte que la fusion et la découpe assistées par plasma ne peuvent utiliser que des lasers CO 2 .

Découpe par vaporisation

La découpe par vaporisation évapore le matériau, minimisant l'effet thermique sur les matériaux environnants. Les effets ci-dessus peuvent être obtenus en utilisant un laser CO 2 continu pour évaporer des matériaux à faible chaleur d’évaporation et à forte absorption, 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 dans le métal absorbent la lumière laser et se réchauffent violemment. L'impulsion laser ne réagit pas avec les particules fondues 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 ablate le 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, dont 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%. Cela suffit pour une découpe de haute qualité.

Diamètre du point focal

Le diamètre du point focal affecte la largeur de l'incision, il peut être changé en changeant la distance focale de la lentille de focalisation. Un diamètre plus petit signifie une incision plus étroite.

Position du point focal

La position du point focal détermine le diamètre du faisceau et la densité de puissance sur la surface de la pièce et la forme de découpe.

Puissance laser

La puissance du 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 couper les contours standard des métaux et des plastiques de millimètres à centimètres. Pour la perforation par fondre ou la découpe d’un contour précis, un laser pulsé basse fréquence est utilisé.

Vitesse de découpe

La puissance du laser et la vitesse de découpe doivent correspondre. Des vitesses de découpe trop rapides ou trop lentes entraîneront une rugosité et une formation de bavures accrues.

Diamètre de la buse

Le diamètre de la buse détermine le débit et la forme du gaz éjecté de la buse. Plus le matériau est épais, plus le diamètre du jet de gaz est grand, en conséquence plus le diamètre de la buse est grand.

Pureté et pression du gaz

L'oxygène et l'azote sont souvent utilisés comme gaz de découpe. La pureté et la pression du gaz affectent l'effet de découpe.

Lors de l'utilisation de l'oxycoupage à l'oxygène, la pureté du gaz doit atteindre 99,95%. Plus la plaque d'acier est épaisse, plus la pression du gaz utilisé est basse.

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 nécessaire 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 l’essai. Actuellment, les paramètres de traitement matures sont stockés dans le dispositif de commande du système de découpe. Pour chaque type de matériau et épaisseur, 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 matière, la corrosion, la zone affectée par la chaleur et la déformation sont également des facteurs importants pour mesurer la qualité de la découpe laser.

De larges perspectives

Le succès continu de la découpe laser est hors de portée de la plupart des autres processus. Cette tendance se poursuit aujourd'hui. A l'avenir, les perspectives d'application de la découpe au laser deviendront de plus en plus larges.