Comme il n'y a pas de frais de traitement d'outils, l'équipement de découpe laser est également adapté à la production de petits lots de pièces de différentes tailles qui ne pouvaient pas être traitées auparavant. L'équipement de découpe laser utilise généralement des dispositifs à commande numérique par ordinateur (CNC). Après avoir utilisé cet appareil, vous pouvez utiliser des lignes téléphoniques pour recevoir des données de découpe à partir de postes de travail de conception assistée par ordinateur (CAO).
Principe
La découpe au laser utilise un faisceau laser focalisé à haute densité de puissance pour irradier la pièce, ce qui provoque la fusion, la vaporisation, l'ablation ou l'atteinte rapide du point d'inflammation du matériau irradié. En même temps, le matériau fondu est emporté par un flux d'air à grande vitesse coaxial au faisceau, ce qui permet de découper la pièce. La découpe au laser est l'une des méthodes de découpe thermique.
Le principe de la découpe laser est illustré dans la figure ci-dessous.
Classification
La découpe laser peut être divisée en quatre catégories : la découpe par vaporisation laser, la découpe par fusion laser, la découpe par oxygène laser et le traçage laser et la fracture contrôlée.
1. Découpe par vaporisation laser
La pièce est chauffée par un faisceau laser à haute densité énergétique, ce qui provoque une augmentation rapide de la température, atteignant le point d'ébullition du matériau en très peu de temps, et le matériau commence à se vaporiser et à former de la vapeur. Les vapeurs sont éjectées à grande vitesse et une coupe est formée sur le matériau pendant que la vapeur est éjectée. La chaleur de vaporisation des matériaux est généralement très importante, de sorte que la découpe par vaporisation laser nécessite beaucoup de puissance et de densité de puissance.
La découpe par vaporisation laser est principalement utilisée pour couper des matériaux métalliques extrêmement fins et des matériaux non métalliques (tels que le papier, le tissu, le bois, le plastique et le caoutchouc, etc.).
2. Découpe par fusion laser
Dans la découpe par fusion laser, le chauffage laser est utilisé pour faire fondre le matériau métallique, puis un gaz non oxydant (Ar, He, N, etc.) est pulvérisé à travers une buse coaxiale au faisceau. Le métal liquide est évacué par la forte pression du gaz pour former une incision. La découpe par fusion laser ne nécessite pas que le métal soit complètement vaporisé, et l'énergie requise n'est que de 1/10 de la découpe par vaporisation.
La découpe par fusion laser est principalement utilisée pour couper certains matériaux qui ne s'oxydent pas facilement ou les métaux actifs, tels que l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et ses alliages.
3. Découpe laser à l'oxygène
Le principe de la découpe laser à l'oxygène est similaire à celui de la découpe oxyacétylénique. Il utilise le laser comme source de chaleur de préchauffage et des gaz actifs tels que l'oxygène comme gaz de découpe. D'une part, le gaz pulvérisé réagit avec le métal de découpe pour produire une réaction d'oxydation et libérer une grande quantité de chaleur d'oxydation ; d'autre part, l'oxyde fondu et la matière fondue sont expulsés de la zone de réaction pour former une incision dans le métal. Étant donné que la réaction d'oxydation pendant le processus de découpe génère beaucoup de chaleur, l'énergie requise pour la découpe laser à l'oxygène n'est que la moitié de celle nécessaire à la découpe par fusion, et la vitesse de coupe est bien supérieure à celle de la découpe par vaporisation laser et de la découpe par fusion. La découpe laser à l'oxygène est principalement utilisée pour les matériaux métalliques facilement oxydables tels que l'acier au carbone, l'acier au titane et l'acier traité thermiquement.
4. Gravure au laser et fracture contrôlée
Le traçage au laser utilise un laser à haute densité d'énergie pour balayer la surface d'un matériau cassant, ce qui provoque l'évaporation du matériau dans une petite rainure lorsqu'il est chauffé, puis une certaine pression est appliquée, de sorte que le matériau cassant se fissure le long de la petite rainure. Les lasers utilisés pour le traçage au laser sont généralement des lasers Q-switched et des lasers CO2.
La fracture contrôlée utilise la distribution de température abrupte générée par le rainurage laser pour générer une contrainte thermique locale dans le matériau cassant, provoquant la rupture du matériau le long de la petite rainure.
Caractéristiques
Par rapport aux autres méthodes de découpe thermique, les caractéristiques générales de la découpe laser sont une vitesse de coupe rapide et une qualité élevée. On peut résumer comme suit.
⑴ Bonne qualité de coupe
En raison du petit spot laser, de la densité énergétique élevée et de la vitesse de coupe rapide, la découpe laser peut obtenir une meilleure qualité de coupe.
① L'incision de découpe laser est étroite, les deux côtés de la fente sont parallèles et perpendiculaires à la surface, et la précision dimensionnelle des pièces coupées peut atteindre ±0.05 mm.
② La surface de coupe est lisse et belle, avec une rugosité de surface de quelques dizaines de microns seulement. La découpe au laser peut même être utilisée comme processus final sans traitement mécanique, et les pièces peuvent être utilisées directement.
③ Une fois le matériau découpé au laser, la largeur de la zone affectée par la chaleur est très faible, les performances du matériau à proximité de la fente sont quasiment inchangées, la déformation de la pièce est faible, la précision de coupe est élevée, la géométrie de la fente est bonne et la forme transversale de la fente présente une forme rectangulaire relativement régulière. La comparaison des méthodes de découpe au laser, de découpe à l'oxyacétylène et de découpe au plasma est présentée dans le tableau 1. Le matériau de découpe est une plaque d'acier à faible teneur en carbone de 6,2 mm d'épaisseur.
⑵ Efficacité de coupe élevée En raison des caractéristiques de transmission du laser, la machine de découpe laser est généralement équipée de plusieurs établis CNC et l'ensemble du processus de découpe peut être entièrement contrôlé par CNC. Pendant le fonctionnement, il suffit de modifier le programme CNC pour appliquer la découpe de pièces de différentes formes, ce qui permet d'effectuer à la fois une découpe bidimensionnelle et une découpe tridimensionnelle.
⑶ Vitesse de coupe rapide
Lors de la découpe d'une plaque d'acier à faible teneur en carbone de 2 mm d'épaisseur avec un laser de 1 200 W, la vitesse de découpe peut atteindre 600 cm/min ; lors de la découpe d'une plaque de résine de polypropylène de 5 mm d'épaisseur, la vitesse de découpe peut atteindre 1 200 cm/min. Le matériau n'a pas besoin d'être serré et fixé pendant la découpe au laser, ce qui permet d'économiser à la fois l'outillage et les fixations ainsi que le temps auxiliaire de chargement et de déchargement.
⑷ Découpe sans contact
Lors de la découpe au laser, la torche de découpe n'entre pas en contact avec la pièce et l'outil ne s'use pas. Pour traiter des pièces de formes différentes, il n'est pas nécessaire de remplacer l'outil, seuls les paramètres de sortie du laser doivent être modifiés. Le processus de découpe au laser est peu bruyant, peu vibratoire et ne pollue pas.
⑸ De nombreux types de matériaux de coupe
Comparé à la découpe oxyacétylénique et à la découpe plasma, les matériaux de découpe laser sont de nombreux types, notamment les métaux, les non-métaux, les matériaux composites à base de métal et non métallique, le cuir, le bois et les fibres. Cependant, pour différents matériaux, en raison de leurs propres propriétés thermophysiques et des différents taux d'absorption des lasers, ils présentent une adaptabilité différente à la découpe laser. En utilisant le laser CO2, les performances de découpe laser de divers matériaux sont présentées dans le tableau 2.
(6) Inconvénients : En raison des limitations de la puissance du laser et de la taille de l'équipement, la découpe laser ne peut couper que des plaques et des tuyaux d'épaisseur moyenne et petite, et à mesure que l'épaisseur de la pièce augmente, la vitesse de coupe diminue considérablement.
