COUPE DE LASER

Découpe au laserest une technologie qui utilise unlaserpour vaporiser les matériaux, ce qui entraîne un bord coupé.Bien qu'il soit généralement utilisé pour des applications de fabrication industrielle, il est désormais utilisé par les écoles, les petites entreprises, les architectes et les amateurs.LaserCoupefonctionne en dirigeant la sortie d’un laser haute puissance le plus souvent via l’optique.Leoptique laseretCNC(commande numérique par ordinateur) sont utilisés pour diriger le faisceau laser vers le matériau.Un laser commercial pour couper des matériaux utilise un système de contrôle de mouvement pour suivre une CNC ouCode Gdu motif à découper sur le matériau.Le faisceau laser focalisé est dirigé vers le matériau, qui fond, brûle, se vaporise ou est emporté par un jet de gaz. laissant un bord avec une finition de surface de haute qualité.

Histoire

En 1965, la première machine de découpe laser de production a été utilisée pourpercerdes trous dansdiamant meurt.Cette machine a été fabriquée par leCentre de recherche en génie électrique occidental.En 1967, les Britanniques ont été les pionniers de la découpe au jet d'oxygène assistée par laser pour les métaux.Au début des années 1970, cette technologie a été mise en production pour couper le titane destiné à des applications aérospatiales.En même temps, CO₂les lasers ont été adaptés pour couper des non-métaux, tels quetextile, car, à l'époque, CO₂les lasers n'étaient pas assez puissants pour surmonter leconductivité thermiquede métaux.

Processus

Le faisceau laser est généralement focalisé à l'aide d'une lentille de haute qualité sur la zone de travail.Lequalité du faisceaua un impact direct sur la taille du spot focalisé.La partie la plus étroite du faisceau focalisé a généralement un diamètre inférieur à 0,0125 pouces (0,32 mm).En fonction de l'épaisseur du matériau,trait de sciedes largeurs aussi petites que 0,004 pouces (0,10 mm) sont possibles. Afin de pouvoir commencer la découpe ailleurs que sur le bord, un perçage est réalisé avant chaque découpe.Le perçage implique généralement un faisceau laser pulsé de haute puissance qui perce lentement un trou dans le matériau, prenant environ 5 à 15 secondes pour une épaisseur de 0,5 pouce (13 mm).acier inoxydable, Par exemple.

Les rayons parallèles de lumière cohérente provenant de la source laser ont souvent un diamètre compris entre 0,06 et 0,08 pouces (1,5 et 2,0 mm).Ce faisceau est normalement focalisé et intensifié par une lentille ou un miroir jusqu'à un très petit point d'environ 0,001 pouces (0,025 mm) pour créer un faisceau laser très intense.Afin d'obtenir la finition la plus lisse possible lors de la découpe du contour, la direction du faisceaupolarisationdoit être tourné lorsqu'il fait le tour de la périphérie d'une pièce profilée.Pour la découpe de tôle, la distance focale est généralement de 1,5 à 3 pouces (38 à 76 mm).

Avantages de la découpe lasercoupe mécaniqueinclure un maintien plus facile de la pièce et une contamination réduite de la pièce (puisqu'il n'y a pas de bord tranchant qui puisse être contaminé par le matériau ou contaminer le matériau).La précision peut être meilleure puisque le faisceau laser ne s'use pas pendant le processus.Il existe également un risque réduit de déformation du matériau à découper, car les systèmes laser ont un petitzone affectée par la chaleur.Certains matériaux sont également très difficiles, voire impossibles, à couper par des moyens plus traditionnels.

La découpe laser des métaux présente l'avantage par rapport à la découpe plasma d'être plus précise et de consommer moins d'énergie lors de la découpe de la tôle ;cependant, la plupart des lasers industriels ne peuvent pas couper une plus grande épaisseur de métal que le plasma.Les nouvelles machines laser fonctionnant à une puissance plus élevée (6 000 watts, contrairement aux premières machines de découpe laser de 1 500 watts) se rapprochent des machines à plasma dans leur capacité à couper des matériaux épais, mais le coût en capital de ces machines est beaucoup plus élevé que celui des machines à plasma. machines de découpe plasma capables de couper des matériaux épais comme des tôles d'acier.

Les types

Il existe trois principaux types de lasers utilisés dans la découpe laser.LeCO2laserconvient à la découpe, à l’alésage et à la gravure.Lenéodyme(Nd) et néodymeyttrium-aluminium-grenat(Nd:YAG) les lasers sont de style identique et ne diffèrent que par l'application.Nd est utilisé pour l'alésage et lorsqu'une énergie élevée mais une faible répétition sont nécessaires.Le laser Nd:YAG est utilisé là où une puissance très élevée est nécessaire ainsi que pour l'alésage et la gravure.Les deux CO2et les lasers Nd/Nd:YAG peuvent être utilisés poursoudage.

CO2les lasers sont généralement « pompés » en faisant passer un courant à travers le mélange gazeux (excité en courant continu) ou en utilisant de l'énergie radiofréquence (excitée par RF).Leméthode RFest plus récent et est devenu plus populaire.Étant donné que les conceptions à courant continu nécessitent des électrodes à l'intérieur de la cavité, elles peuvent subir une érosion des électrodes et un placage du matériau de l'électrode sur la cavité.verrerieetoptique.Étant donné que les résonateurs RF ont des électrodes externes, ils ne sont pas sujets à ces problèmes.CO2les lasers sont utilisés pour la découpe industrielle de nombreux matériaux, notamment le titane, l'acier inoxydable, l'acier doux, l'aluminium, le plastique, le bois, le bois d'ingénierie, la cire, les tissus et le papier.Les lasers YAG sont principalement utilisés pour couper et tracer les métaux et la céramique.

Outre la source d’énergie, le type de flux de gaz peut également affecter les performances.Variantes courantes du CO2les lasers incluent le flux axial rapide, le flux axial lent, le flux transversal et la dalle.Dans un résonateur à flux axial rapide, le mélange de dioxyde de carbone, d'hélium et d'azote circule à grande vitesse par une turbine ou une soufflante.Les lasers à flux transversal font circuler le mélange gazeux à une vitesse inférieure, nécessitant un ventilateur plus simple.Les résonateurs refroidis par dalle ou par diffusion possèdent un champ de gaz statique qui ne nécessite aucune pressurisation ni verrerie, ce qui permet de réaliser des économies sur le remplacement des turbines et de la verrerie.

Le générateur laser et les optiques externes (y compris la lentille de mise au point) nécessitent un refroidissement.Selon la taille et la configuration du système, la chaleur perdue peut être transférée par un liquide de refroidissement ou directement à l'air.L'eau est un liquide de refroidissement couramment utilisé, généralement circulé dans un système de refroidissement ou de transfert de chaleur.

UNmicrojet laserest un appareil guidé par jet d'eaulaserdans lequel un faisceau laser pulsé est couplé à un jet d'eau à basse pression.Celui-ci est utilisé pour effectuer des fonctions de découpe laser tout en utilisant le jet d'eau pour guider le faisceau laser, un peu comme une fibre optique, à travers une réflexion interne totale.Les avantages sont que l’eau élimine également les débris et refroidit le matériau.Des avantages supplémentaires par rapport à la découpe laser « à sec » traditionnelle sont des vitesses de découpe élevées, parallèlestrait de scieet coupe omnidirectionnelle.

Lasers à fibresont un type de laser à semi-conducteurs qui connaît une croissance rapide dans l'industrie de la découpe des métaux.Contrairement au CO₂, La technologie des fibres utilise un milieu de gain solide, par opposition à un gaz ou un liquide.Le « laser germe » produit le faisceau laser qui est ensuite amplifié dans une fibre de verre.Avec une longueur d'onde de seulement 1 064 nanomètres, les lasers à fibre produisent une taille de spot extrêmement petite (jusqu'à 100 fois plus petite que celle du CO).₂), ce qui le rend idéal pour couper des matériaux métalliques réfléchissants.C’est l’un des principaux avantages de la Fibre par rapport au CO₂.

Les avantages de la découpeuse laser à fibre comprennent : -

• Délais de traitement rapides.
• Consommation et factures d’énergie réduites – grâce à une plus grande efficacité.
• Fiabilité et performances accrues : aucune optique à régler ou à aligner et aucune lampe à remplacer.
• Entretien minimal.
• La capacité de traiter des matériaux hautement réfléchissants tels que le cuivre et le laiton
• Productivité plus élevée : des coûts opérationnels inférieurs offrent un meilleur retour sur investissement.

Méthodes

Il existe de nombreuses méthodes différentes de découpe au laser, différents types étant utilisés pour découper différents matériaux.Certaines des méthodes sont la vaporisation, la fusion et le soufflage, la fusion, le soufflage et la combustion, la fissuration sous contrainte thermique, le traçage, la découpe à froid et la découpe laser stabilisée par combustion.

Découpe par vaporisation

Lors de la découpe par vaporisation, le faisceau focalisé chauffe la surface du matériau jusqu'à un point d'éclair et génère un trou de serrure.Le trou de serrure entraîne une augmentation soudaine deabsorptivitéapprofondissant rapidement le trou.À mesure que le trou s'approfondit et que le matériau bout, la vapeur générée érode les parois en fusion, expulsant les éjections et élargissant davantage le trou.Les matériaux non fondants tels que le bois, le carbone et les plastiques thermodurcis sont généralement découpés par cette méthode.

Fondre et souffler

Le découpage par fusion et par soufflage ou fusion utilise un gaz à haute pression pour souffler le matériau fondu de la zone de découpe, réduisant ainsi considérablement la consommation d'énergie.Tout d'abord, le matériau est chauffé jusqu'au point de fusion, puis un jet de gaz souffle le matériau fondu hors de la saignée, évitant ainsi d'avoir besoin d'augmenter davantage la température du matériau.Les matériaux découpés selon ce procédé sont généralement des métaux.

Fissuration sous contrainte thermique

Les matériaux fragiles sont particulièrement sensibles à la fracture thermique, une caractéristique exploitée dans la fissuration sous contrainte thermique.Un faisceau est focalisé sur la surface, provoquant un échauffement et une dilatation thermique localisés.Il en résulte une fissure qui peut ensuite être guidée en déplaçant la poutre.La fissure peut être déplacée par ordre de m/s.Il est généralement utilisé dans la découpe du verre.

Découpage furtif de tranches de silicium

La séparation demicroélectroniquechips préparées dansfabrication de dispositifs semi-conducteursdepuisplaquettes de siliciumpeut être effectué par le processus de découpage dit furtif, qui fonctionne avec unLaser Nd:YAG, dont la longueur d'onde (1064 nm) est bien adaptée à l'électroniquebande interditedesilicium(1.11eVou 1117 nm).

Coupe réactive

La découpe réactive est également appelée « découpe au gaz laser stabilisé par combustion » et « découpe à la flamme ».La découpe réactive est comme la découpe au chalumeau à oxygène mais avec un faisceau laser comme source d'allumage.Principalement utilisé pour couper l'acier au carbone dans des épaisseurs supérieures à 1 mm.Ce procédé peut être utilisé pour découper des plaques d’acier très épaisses avec relativement peu de puissance laser.