Vous devez maîtriser ces connaissances de base de la découpe laser !

Lorsque le faisceau laser focalisé brille sur la pièce, la zone d'irradiation se réchauffe rapidement 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 faisant fondre le matériau. Habituellement, un jet d'air est utilisé pour souffler le matériau fondu loin de l'incision, laissant un espace étroit entre la section de coupe et le cadre de la plaque, qui est presque aussi large que le faisceau laser focalisé.
oxycoupage
L’oxycoupage est un procédé standard utilisé pour couper l’acier à faible teneur en carbone, utilisant de l’oxygène comme gaz de coupe. L'oxygène est pressurisé jusqu'à 6 bars et insufflé dans l'incision. Là, le métal chauffé réagit avec l'oxygène : il commence à brûler et à s'oxyder. Les réactions chimiques libèrent une grande quantité d’énergie (jusqu’à cinq fois l’énergie du laser) pour aider le faisceau laser à découper.

Figure 1 : Pièce de fusion par faisceau laser, le gaz de coupe chassant le matériau fondu et les scories dans l'incision
Coupe de fusion
La découpe par fusion est un autre processus standard utilisé dans la découpe du métal. Il peut également être utilisé pour découper d’autres matériaux fusibles, comme la céramique.
Utilisez de l'azote ou de l'argon comme gaz de coupe et soufflez un gaz avec une pression de 2-20 bar 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 et le rejettent uniquement vers le bas. Pendant ce 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 découper des plaques minces. Une pression d'air de 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 gazeux, la découpe à l’air comprimé est essentiellement une découpe par fusion.
Découpe assistée par plasma
Si les paramètres sont sélectionnés de manière appropriée, des nuages ​​de plasma apparaîtront dans l’incision de découpe par fusion assistée par plasma. Les nuages ​​​​de plasma sont composés de vapeurs métalliques ionisées et de gaz de coupe ionisés. Le nuage de plasma absorbe l'énergie du laser CO2 et la convertit en pièce, couplant plus d'énergie à la pièce, ce qui entraîne une fusion plus rapide du matériau et une vitesse de coupe plus rapide. Par conséquent, ce processus de découpe est également appelé découpe plasma à grande vitesse.
Les nuages ​​​​de plasma sont en fait transparents par rapport aux lasers solides, donc la fusion et la découpe assistées par plasma ne peuvent utiliser que des lasers CO2.

Découpe par gazéification
La coupe par gazéification évapore les matériaux et minimise autant que possible l'effet thermique sur les matériaux environnants. L'effet ci-dessus peut être obtenu en utilisant un traitement laser CO2 continu pour évaporer des matériaux à faible chaleur et à forte absorption, tels que des films plastiques fins, du bois, du papier, de la mousse et d'autres matériaux non fondants.
Le laser à impulsions ultra courtes permet d'appliquer cette technologie à d'autres matériaux. Les électrons libres dans les métaux absorbent le laser et chauffent violemment. L'impulsion laser ne réagit pas avec les particules fondues et le plasma, et le matériau se sublime directement sans avoir le temps de transférer de l'énergie au matériau environnant sous forme de chaleur. Il n'y a pas d'effet thermique significatif, de fusion ou de formation de bavures pendant l'ablation par impulsion picoseconde des matériaux.

Figure 3 Découpe par gazéification : le laser provoque l'évaporation et la combustion du matériau, et la pression de la vapeur provoque l'évacuation des scories de l'incision.
Paramètres : réglage du processus d'usinage
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 le pourcentage de laser converti. Le degré de polarisation typique est généralement d'environ 90 %. C'est suffisant pour une coupe de haute qualité.
Diamètre de mise au point
Le diamètre focal affecte la largeur de l'incision et peut être modifié en modifiant 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 sur la surface de la pièce, ainsi que la forme de l'incision.

Figure 4 Position de mise au point : à l'intérieur de la pièce, sur la surface de la pièce et au-dessus de la pièce
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.

Figure 5 : Une puissance laser plus élevée peut couper des matériaux plus épais
Mode de fonctionnement
Le mode continu est principalement utilisé pour découper des contours standard de métal et de plastique en millimètres ou en centimètres. Pour faire fondre les perforations ou produire des contours précis, des lasers pulsés basse fréquence sont utilisés.
Vitesse de coupe
La puissance du laser et la vitesse de découpe doivent correspondre. Une vitesse de coupe trop rapide ou trop lente peut entraîner une augmentation de la rugosité et la formation de bavures.

Figure 6 : La vitesse de coupe diminue avec l'augmentation de l'épaisseur de la plaque
Diamètre de la buse
Le diamètre de la buse détermine le débit de gaz et la forme du flux d'air éjecté de la buse. Plus le matériau est épais, plus le diamètre du jet de gaz est grand et, en conséquence, le diamètre de l'embouchure de la buse doit également augmenter.
Pureté et pression du gaz
L'oxygène et l'azote sont souvent utilisés comme gaz de coupe. La pureté et la pression du gaz affectent l'effet de coupe.
Lors de l’utilisation du coupage à la flamme à l’oxygène, la pureté du gaz doit atteindre 99,95 %. Plus la plaque d'acier est épaisse, plus la pression du gaz utilisée est faible.
Lors de l'utilisation de l'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 tôles d'acier épaisses.
Tableau des paramètres techniques
Dans les premiers stades de la découpe laser, les utilisateurs devaient déterminer le réglage des paramètres de traitement par le biais d'essais. Désormais, les paramètres de traitement matures sont stockés dans le dispositif de contrôle du système de découpe. Pour chaque type et épaisseur de matériau, il existe des données correspondantes. Le tableau des paramètres techniques permet même à ceux qui ne connaissent pas 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 nombreuses normes pour juger de la qualité des bords de découpe laser. Les normes telles que les bavures, les empreintes et les motifs peuvent être déterminées à l'œil nu ; La verticalité, la rugosité et la largeur de l'incision doivent être mesurées à l'aide d'instruments spécialisés. Le dépôt de matériaux, la corrosion, les zones affectées par la chaleur et la déformation sont également des facteurs importants pour mesurer la qualité de la découpe laser.

Figure 7 : Bonne coupe, mauvaise coupe. Normes d'évaluation de la qualité des bords coupés
De larges perspectives
Le succès durable de la découpe laser est hors de portée de la plupart des autres méthodes de traitement. À l’avenir, les perspectives d’application de la découpe laser deviendront également de plus en plus larges.