La découpe au laser est un procédé qui utilise un laser pour découper différents matériaux pour des applications à la fois industrielles et plus artistiques, telles que la gravure.
Cet article fait partie d’une série de questions fréquemment posées (FAQ) de TWI.
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Comment fonctionne la découpe laser ?
La découpe au laser utilise un laser haute puissance qui est dirigé à travers l’optique et la commande numérique par ordinateur (CNC) pour diriger le faisceau ou le matériau. En règle générale, le processus utilise un système de contrôle de mouvement pour suivre une CNC ou un code G du motif à découper sur le matériau. Le faisceau laser focalisé brûle, fond, se vaporise ou est soufflé par un jet de gaz pour laisser un bord fini de haute qualité.
Le faisceau laser est créé par la stimulation de matériaux laser par des décharges électriques ou des lampes à l’intérieur d’un récipient fermé. Le matériau laser est amplifié en étant réfléchi en interne via un miroir partiel jusqu’à ce que son énergie soit suffisante pour qu’il s’échappe sous la forme d’un flux de lumière monochromatique cohérente. Cette lumière est focalisée sur la zone de travail par des miroirs ou des fibres optiques qui dirigent le faisceau à travers une lentille qui l’intensifie.
À son point le plus étroit, un faisceau laser mesure généralement moins de 0,0125 pouce (0,32 mm) de diamètre, mais des largeurs de coupe aussi petites que 0,004 pouce (0,10 mm) sont possibles en fonction de l’épaisseur du matériau.
Lorsque le processus de découpe au laser doit commencer n’importe où ailleurs que sur le bord du matériau, un processus de perçage est utilisé, dans lequel un laser pulsé à haute puissance fait un trou dans le matériau, prenant par exemple 5 à 15 secondes pour graver à travers un 0,5 pouce – tôle inox épaisse (13 mm).
Types de découpe laser
Ce processus peut être décomposé en trois techniques principales – CO2 laser (pour la découpe, l’alésage et la gravure) et le néodyme (Nd) et le néodyme yttrium-aluminium-grenat (Nd:YAG), qui sont de style identique, le Nd étant utilisé pour l’alésage à haute énergie et à faible répétition et le Nd:YAG utilisé pour le perçage et la gravure à très haute puissance.
Tous les types de lasers peuvent être utilisés pour le soudage.
CO2 les lasers impliquent le passage d’un courant à travers un mélange gazeux (excité par CC) ou, plus populairement de nos jours, l’utilisation de la nouvelle technique d’énergie radiofréquence (excitée par RF). La méthode RF a des électrodes externes et évite ainsi les problèmes liés à l’érosion des électrodes et au placage du matériau d’électrode sur la verrerie et l’optique qui peuvent se produire avec le courant continu, qui utilise une électrode à l’intérieur de la cavité.
Un autre facteur qui peut affecter les performances du laser est le type de flux de gaz. Variantes courantes du CO2 laser comprennent le flux axial rapide, le flux axial lent, le flux transversal et la dalle. L’écoulement axial rapide utilise un mélange de dioxyde de carbone, d’hélium et d’azote mis en circulation à grande vitesse par une turbine ou une soufflante. Les lasers à flux transversal utilisent une simple soufflante pour faire circuler le mélange gazeux à une vitesse inférieure, tandis que les résonateurs à dalle ou à diffusion utilisent un champ de gaz statique qui ne nécessite ni pressurisation ni verrerie.
Différentes techniques sont également utilisées pour refroidir le générateur laser et l’optique externe, en fonction de la taille et de la configuration du système. La chaleur résiduelle peut être transférée directement dans l’air, mais un liquide de refroidissement est couramment utilisé. L’eau est un liquide de refroidissement fréquemment utilisé, qui circule souvent dans un système de transfert de chaleur ou de refroidissement.
Un exemple de traitement laser refroidi par eau est un système de microjet laser, qui couple un faisceau laser pulsé avec un jet d’eau à basse pression pour guider le faisceau de la même manière qu’une fibre optique. L’eau offre également l’avantage d’éliminer les débris et de refroidir le matériau, tandis que d’autres avantages par rapport à la découpe laser « à sec » incluent des vitesses de découpe élevées, un trait de coupe parallèle et une coupe omnidirectionnelle.
Les lasers à fibre gagnent également en popularité dans l’industrie de la découpe des métaux. Cette technologie utilise un milieu de gain solide plutôt qu’un liquide ou un gaz. Le laser est amplifié dans une fibre de verre pour produire une taille de spot bien plus petite que celle obtenue avec le CO2 techniques, ce qui le rend idéal pour couper les métaux réfléchissants.
