Découpe laser

1. Définition :

(1) Il est principalement utilisé pour couper des matériaux en feuilles en pièces de travail de forme souhaitée par une machine de traitement laser.
(2) C'est un dispositif qui utilise l'énergie thermique d'un faisceau laser pour réaliser la coupe, en faisant fondre et évaporer la surface de la pièce à usiner lors de l'irradiation du faisceau laser. Il présente des caractéristiques de haute précision, de coupe rapide, sans limitation de motif de coupe, de disposition automatique pour économiser les matériaux, de bords de coupe lisses et de faibles coûts de traitement. Il améliorera progressivement ou remplacera l'équipement de processus de coupe traditionnel.

2.1 Découpe par fusion laser :

Dans la découpe par fusion laser, la pièce est partiellement fondue et le matériau fondu est éjecté à l'aide d'un flux d'air. Étant donné que le transfert de matériau ne se produit que dans son état liquide, ce processus est appelé découpe par fusion laser.
Le faisceau laser, associé à un gaz de coupe inerte de haute pureté, force le matériau fondu à quitter le trait de coupe, tandis que le gaz lui-même ne participe pas à la coupe.

--La vitesse de coupe maximale augmente avec l'augmentation de la puissance laser et diminue presque inversement avec l'augmentation de l'épaisseur de la feuille et de la température de fusion du matériau. Dans le cas d'une puissance laser constante, les facteurs limitants sont la pression de gaz au niveau du trait de coupe et la conductivité thermique du matériau.
--La découpe par fusion laser peut réaliser des coupes sans oxyde pour les matériaux ferreux et les métaux de titane.

2.2 Découpe laser à flamme

La différence entre la découpe laser à flamme et la découpe laser par fusion réside dans l'utilisation de l'oxygène comme gaz de coupe. Grâce à l'interaction entre l'oxygène et le métal chauffé, une réaction chimique se produit qui chauffe davantage le matériau. En raison de cet effet, cette méthode peut atteindre des vitesses de coupe plus élevées pour l'acier structurel de même épaisseur par rapport à la découpe par fusion.
En revanche, cette méthode peut entraîner une qualité de coupe plus médiocre par rapport à la découpe par fusion. En fait, elle peut générer une rainure plus large, une rugosité visible, une zone affectée par la chaleur accrue et une qualité de bord plus médiocre.

--La découpe laser à flamme n'est pas idéale pour traiter des modèles de précision et des coins vifs (il y a un risque de brûler les coins vifs). Le laser en mode impulsion peut être utilisé pour limiter les effets de la chaleur.
--La puissance laser utilisée détermine la vitesse de coupe. Dans le cas d'une puissance laser constante, les facteurs limitants sont l'approvisionnement en oxygène et la conductivité thermique du matériau.
--La densité de puissance laser requise pour produire une fusion mais pas une vaporisation est comprise entre 104W/cm2 et 105W/cm2 pour les matériaux en acier.

2.3 Découpe par vaporisation laser

Dans la découpe par vaporisation laser, le matériau subit une vaporisation au niveau du trait de coupe, nécessitant une très grande puissance laser.
Pour éviter que la vapeur de matériau ne se condense sur les parois du trait de coupe, l'épaisseur du matériau ne doit pas dépasser considérablement le diamètre du faisceau laser. Ce processus convient donc uniquement aux applications où l'exclusion de matériau fondu est nécessaire. En pratique, il n'est utilisé que dans une petite gamme d'applications pour les alliages à base de fer.

--Pour une certaine épaisseur de tôle, la vitesse de coupe maximale est inversement proportionnelle à la température de vaporisation du matériau.
--La densité de puissance laser requise doit être supérieure à 108W/cm2 et dépend du matériau, de la profondeur de coupe et de la position du point focal du faisceau.
--Pour une certaine épaisseur de tôle, en supposant qu'il y a suffisamment de puissance laser, la vitesse de coupe maximale est limitée par la vitesse du jet de gaz.

Caractéristiques de la découpe au laser

(1) La découpe au laser peut être appliquée à presque tous les types de matériaux métalliques et non métalliques.
(2) Les faisceaux laser peuvent être focalisés en des points extrêmement petits, permettant l'usinage micro et de précision, tels que des fentes étroites et des micro-trous.
(3) Les faisceaux laser peuvent être dirigés vers des emplacements distants ou des chambres d'isolement à l'aide de miroirs réfléchissants pour le traitement.
(4) La découpe au laser est un processus sans contact, éliminant le besoin d'outils et évitant la déformation mécanique.
(5) La découpe au laser ne nécessite pas d'équipement ou d'environnements spéciaux, ce qui la rend adaptée au traitement continu automatisé. Elle offre une grande efficacité avec une déformation minimale et une distorsion thermique.

Plusieurs techniques importantes :

Technologie de contrôle de la position focale : l'un des avantages de la découpe au laser est sa densité d'énergie de faisceau élevée, généralement autour de 10 W/cm2. Dans les applications industrielles, les lasers CO2 haute puissance utilisent souvent une distance focale de 127 à 190 mm. Le diamètre réel du point focal est généralement compris entre 0,1 et 0,4 mm.

Technologie de perforation au laser : dans la plupart des cas, toute technique de découpe thermique nécessite un petit trou à percer sur la plaque avant la découpe. Les machines de découpe au laser ont deux méthodes de base pour la perforation : la perforation explosive et la perforation par impulsion.

Conception de buse et technologie de contrôle de flux d'air : actuellement, les buses de découpe au laser utilisent une structure simple avec un trou conique et un petit trou circulaire à l'extrémité. La conception de la buse est généralement réalisée par des méthodes d'expérimentation et d'essai-erreur.


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