Fabriquez votre propre machine de découpe laser

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Date de publication : 19 avril 2024

I. Introduction

La machine de découpe au laser est un type de machine qui utilise des faisceaux laser de grande puissance pour découper la pièce avec précision.

Contrôlés par l'ordinateur, les faisceaux laser peuvent se concentrer sur une petite zone de la surface pour faire fondre et évaporer les matériaux, puis les souffler à l'aide de gaz à haute pression. De cette manière, la découpe est terminée. Grâce à leur vitesse, leur précision et leur efficacité, les découpeurs laser sont largement utilisés dans la fabrication.

Les machines de découpe laser personnelles offrent une commodité et des possibilités créatives sans précédent aux bricoleurs et aux petits fabricants.

Au fur et à mesure que la technologie se développe, les découpeurs laser bricolés constituent une solution économique. Les utilisateurs peuvent choisir et fabriquer leurs machines de découpe laser, ce qui non seulement abaisse le seuil d'entrée mais permet aux particuliers et aux petites entreprises d'innover et de produire à l'aide de la machine.

D'une manière générale, les machines de découpe laser, grâce à leur précision et à leur efficacité élevées, ainsi qu'à leur large champ d'application, occupent une place de choix dans l'industrie manufacturière moderne. L'invention des découpeurs laser personnels ouvre de nouvelles perspectives aux amateurs de découpe laser et aux petites entreprises.

Les machines de découpe laser économiques se révèlent être un outil puissant pour l'innovation et la production.

II. Comprendre les machines de découpe laser

Fonctionnement des découpeurs laser

Avant mon introduction, j'aimerais partager avec vous une vidéo pour un apprentissage intuitif afin d'assimiler les concepts abstraits.

Après avoir terminé la vidéo, nous allons approfondir nos connaissances pour apprendre quelque chose de professionnel. Une machine de découpe au laser utilise une puissance à haute densité pour se concentrer sur la surface de la pièce à découper. La température de la surface augmente alors jusqu'aux points de fusion et d'évaporation. De cette manière, la découpe est terminée.

Pendant la coupe, les têtes de coupe commandées par le système CNC se déplacent le long des trajectoires dessinées, et en même temps, les gaz de coupe sont pulvérisés par la buse pour souffler la matière fondue afin de former les limons de coupe.

Les découpeurs laser produisent de petites zones affectées par la chaleur, des limons étroits et des coupes de haute qualité, ce qui constitue une sorte de méthode de découpe sans contact.

Types de découpeurs laser

Les découpeurs laser peuvent être divisés en différentes catégories en fonction de différents critères. Dans cet article, nous abordons principalement les aspects du type de laser, de la structure, du matériau de coupe et de la puissance du laser.

1. Classés par type de laser :

(1) Machines de découpe laser CO2 :

Ils utilisent des gaz CO2 comme support laser et génèrent des lasers par excitation électrique. Les découpeurs laser CO2 conviennent aux matériaux non métalliques, tels que le bois, le plastique et l'acrylique, et ils découpent également les métaux. Leur longueur d'onde est d'environ 10,6μm.

(2) Découpe au laser à fibre des machines :

Ils utilisent des fibres optiques dopées avec des éléments de terre rare comme support laser. Les lasers sont générés par le pompage de diodes. Les découpeurs laser à fibre sont principalement utilisés pour la découpe de métaux, tels que l'acier au carbone, l'acier inoxydable et l'alliage d'aluminium. La longueur d'onde des lasers à fibre est de 1,06μm, ce qui permet une transmission électricité-lumière et une vitesse de découpe relativement élevées.

(3) Machines de découpe laser YAG :

Ils utilisent une source laser à l'état solide, dont le milieu laser est généralement du grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme (Nd : YAG). Cette machine est principalement utilisée pour découper des matériaux métalliques et est particulièrement adaptée au traitement de tôles fines.

2. Classés par structure :

(1) Machine de découpe laser à portique :

Pendant la découpe, le laser est fixe alors que la pièce est en mouvement. Ils conviennent aux matériaux de grande taille ou à l'industrie lourde.

(2) Machine de découpe laser en porte-à-faux :

Dans ce type de machine, la tête laser est fixée à une extrémité, et la machine est adaptée aux pièces de petite ou moyenne taille.

(3) Machine de découpe laser à bras robotisé :

La machine utilise un bras robotisé pour effectuer la découpe au laser. Elle convient à la découpe complexe ou tridimensionnelle.

3. Classés par matériaux de coupe :

(1) Machine de découpe laser des métaux :

Ils conviennent à la coupe de plusieurs métaux, tels que l'acier inoxydable et l'acier au carbone.

(2) Machine de découpe laser non métallique :

Ils coupent le bois, le plastique, le papier et d'autres matériaux non métalliques.

4. Classés en fonction de la puissance du laser :

(1) Machine de découpe laser à faible puissance :

Les machines de découpe laser à faible puissance conviennent aux matériaux fins ou aux applications de découpe peu exigeantes.

(2) Machine de découpe laser de puissance moyenne :

Machines idéales pour la coupe de matériaux d'épaisseur moyenne, elles concilient vitesse de coupe et coût de l'équipement.

(3) Machine de découpe laser haute puissance :

Ils sont utilisés pour les matériaux épais et peuvent répondre aux exigences des lots de production de masse.

Composants clés (source laser, système de contrôle, système de mouvement, banc de découpe)

1. Source laser :

Composante essentielle d'une machine de découpe laser, la source laser génère des lasers en fonction de différents supports. Les machines de découpe laser à CO2 utilisent des gaz CO2 ; les machines de découpe laser à fibre utilisent des fibres dopées ; les machines de découpe laser à cristal utilisent du d : YAG et du Nd : YVO.

2. Système de contrôle :

système de contrôle

En tant qu'élément central d'une machine de découpe laser, le système de commande accepte les instructions et les modèles de découpe entrés par l'utilisateur et contrôle la sortie de la source laser et le mouvement du système de déplacement afin d'obtenir une découpe précise. Le système de commande comprend un système de commande CNC et un logiciel dédié.

3. Système de mouvement :

Le système de mouvement comprend un servomoteur, des rails de guidage, des dispositifs de transmission, etc. Il permet à la tête de coupe de se déplacer le long des trajectoires prévues. La précision et la stabilité du système de mouvement déterminent directement la qualité et l'efficacité de la coupe.

servomoteur

4. Lit de coupe :

En tant que zone de travail des machines de découpe laser, le banc de découpe est utilisé pour disposer et fixer la pièce à découper. La taille du banc de découpe doit tenir compte de nombreux facteurs, tels que la taille et le poids du matériau et la stabilité pendant la découpe.

Compte tenu de ce qui précède, le type et les principaux composants d'une machine de découpe laser déterminent ses performances, son application et la qualité de la découpe. Par conséquent, des machines adaptées et une bonne compréhension de leurs composants permettent de réaliser une découpe de haute précision et de grande qualité.

III. Planification de votre découpeuse laser de bricolage

Lorsque vous envisagez de fabriquer votre propre découpeur laser, vous devez prendre en compte de nombreux éléments, notamment des exigences claires, des budgets calculés, la source et la puissance du laser, la zone de découpe et la taille de la machine.

Déterminez vos besoins et votre budget.

Tout d'abord, clarifiez vos besoins en matière de découpe. C'est la première étape. Le type de matériau que vous allez découper et son épaisseur sont les questions à résoudre. En outre, la précision et la vitesse de coupe de la machine souhaitée sont importantes.

Sur la base de ces exigences, une fourchette budgétaire raisonnable est établie, qui doit inclure les composants, les matériaux et les outils ou logiciels supplémentaires nécessaires.

Choisir un modèle de découpeur laser (portique, à courroie, à crémaillère)

Les trois principaux types de découpeurs laser pour le bricolage sont les découpeurs laser à portique, à courroie et à crémaillère.

La structure du portique est stable et convient aux tâches de découpe à grande échelle ; le système d'entraînement par courroie est moins coûteux, son installation est simple et il convient aux travaux légers et de précision moyenne ; l'entraînement par crémaillère offre une précision et une vitesse plus élevées, ce qui le rend adapté à la découpe précise.

J'espère que vous pourrez choisir le type le plus approprié en fonction de vos besoins et de votre budget.

Sélectionner la source laser et la puissance appropriées

La source laser détermine directement les performances et les coûts de la découpe. Les sources laser les plus courantes sont le laser CO2, le laser à fibre et le laser à diode. Les découpeurs laser CO2 conviennent à la découpe de matériaux non métalliques, tandis que les lasers à fibre peuvent découper des métaux. Lorsque vous choisissez une source de fibre, vous devez tenir compte de la puissance du laser. Plus la puissance est élevée, plus la vitesse de coupe et la capacité de traitement de l'épaisseur du matériau sont importantes.

Le choix de la puissance et de la source du laser doit se faire en fonction des principaux matériaux de découpe et des budgets.

Tenez compte de la zone de coupe et de la taille de la machine.

La taille de la zone de coupe détermine la taille physique de la machine, ce qui influence également le lieu de stockage et l'espace de travail requis. Vous devez donc déterminer la zone de découpe maximale afin de choisir la machine appropriée. Une zone de découpe plus grande nécessite une source laser plus puissante pour garantir la précision.

En suivant les étapes ci-dessus, vous pouvez planifier et concevoir systématiquement votre machine de découpe laser pour réaliser une production créative à la maison ou dans un atelier.

IV. Collecte des matériaux et des composants

Source laser (tube laser CO2, module laser à diode)

Tubes laser CO2 sont la source lumineuse la plus couramment utilisée pour les machines de découpe laser, avec une puissance généralement comprise entre 20 et 180 W et une longueur d'onde de 10,6μm. Ils conviennent à la découpe de matériaux non métalliques tels que le bois, l'acrylique, le tissu, etc. Les tubes laser CO2 ont une durée de vie relativement longue mais sont de grande taille et nécessitent un refroidissement par eau.

Modules laser à diode se sont développés rapidement ces dernières années, avec une puissance atteignant 40w et une longueur d'onde de 445-455nm. Ils sont moins chers que les tubes laser CO2, plus petits et peuvent être refroidis par l'air. Cependant, ils ne conviennent qu'à la découpe de matériaux fins et leur vitesse est également inférieure à celle des tubes laser CO2.

Système de contrôle des mouvements

Moteurs sont couramment utilisés comme dispositifs d'entraînement, capables de contrôler avec précision le mouvement de la tête du laser dans les directions X et Y.

Miroirs et lentilles

Miroirs réfléchissants sont utilisés pour modifier la direction de transmission des lasers CO2. Les matériaux courants comprennent le silicium ou le cuivre, avec une surface plaquée or, permettant d'atteindre une réflectivité de plus de 99% pour les lasers de 10,6μm de longueur d'onde.

Une lentille de mise au point concentre le faisceau laser sur un point unique de la surface du matériau à découper, le séléniure de zinc étant un matériau couramment utilisé. La longueur focale de la lentille est généralement comprise entre 2 et 5 pouces, avec une ouverture de 18 à 25 mm^3. Les lasers à diode n'ont généralement pas besoin de miroirs ; seule une lentille de focalisation est nécessaire.

Enceinte de sécurité et ventilation

La coupe génère de la poussière et des gaz toxiques. Des systèmes de ventilation sont donc nécessaires pour évacuer ces gaz dans l'atmosphère. Il convient toutefois de noter que le débit d'air de la machine d'extraction doit correspondre à la largeur de coupe.

Les machines de découpe laser doivent être équipées de protections afin d'éviter que les lasers n'endommagent les yeux et la peau. Le matériau du couvercle, tel que le verre et l'acrylique, peut bloquer le laser de la longueur d'onde de travail. Les exigences de protection pour les lasers à diode bleue de 455 nm sont moins élevées que celles des lasers CO2 de 10,6μm.

Dans l'ensemble, les tubes laser CO2 coupent plus rapidement et conviennent aux lots de production, mais ils nécessitent des coûts plus élevés et une maintenance importante. Les modules laser à diode sont moins chers et portables, mais leur performance de découpe est limitée. Ils conviennent donc aux petits lots de production et à la découpe de matériaux fins, qui sont privilégiés par les amateurs de machines à découper au laser.

V. Processus de construction étape par étape

1. Construction du cadre

Construction du bâti de la machine :

  • Utiliser des profilés en aluminium ou des matériaux en acier pour construire le cadre stable et s'assurer que tous les composants sont parallèles et perpendiculaires.
  • Un espace doit être réservé au système de déplacement, au banc de coupe et à d'autres éléments.

Assemblage du portique ou du système de mouvement :

  • Installez les systèmes de mouvement de l'axe X et de l'axe Y sur le cadre, généralement à l'aide d'une courroie ou d'une vis sans fin.
  • La tension de la courroie ou l'écrou à vis doivent être réglés pour assurer un fonctionnement régulier sans bégaiement ni stagnation.
  • Installation de la structure de montée et de descente de la tête laser ; utilisation de vis à tête ou de vis à billes pour assurer la précision du déplacement de l'axe Z.

Installation du plateau de découpe :

  • Un lit de découpe en nid d'abeille doit être installé au bas du cadre pour soutenir la pièce à usiner.
  • Le lit doit être maintenu au niveau et à la verticale de la tête du laser, et sa hauteur doit être réglable.

2. Configuration du laser et de l'optique

Montage de la source laser :

  • Fixez les tubes laser CO2 et le module laser à diode sur le cadre. Il convient de veiller à la dissipation de la chaleur et à la protection contre les chocs afin de prolonger leur durée de vie.
  • Connecter les sources d'énergie à haute pression ou les sources d'énergie motrice et s'assurer que le fil est correctement connecté et isolé.

Alignement des miroirs et des lentilles :

  • Des miroirs réfléchissants doivent être installés à la bouche de sortie du laser. Leurs angles doivent être réglés de manière à ce que le faisceau laser soit dirigé verticalement.
  • Les lentilles de focalisation sont installées sur la tête de coupe et la longueur focale doit être réglée pour focaliser le faisceau laser sur la surface du matériau.
  • Un réglage fin continu permet d'optimiser les trajectoires de la lumière afin d'améliorer les performances de coupe.
tête de coupe

Raccordement du refroidissement par eau (le cas échéant) :

  • Équiper les tubes laser CO2 d'un système de refroidissement à l'eau qui est connecté aux tuyaux d'entrée et de sortie de l'eau.
  • Vérifier que le raccord de la voie d'eau est étanche et fermé afin d'assurer une circulation saine et régulière de l'eau de refroidissement sans fuite.

3. Électronique et câblage

Câblage des moteurs pas à pas et des interrupteurs de fin de course :

  • Les moteurs sont câblés sur les axes X, Y et Z afin de garantir des connexions correctes.
  • Installez des interrupteurs de fin de course aux deux extrémités de l'axe de déplacement, puis connectez-les à la carte de contrôle pour éviter les collisions entre les têtes laser.

Connexion de la carte de contrôle du laser :

  • Connectez la carte de contrôle du laser, l'alimentation électrique et le pilote, et sélectionnez les méthodes de connexion appropriées en fonction de leurs types.
  • Vérifiez soigneusement la connexion des fils pour assurer une transmission correcte du signal afin de ne pas brûler d'autres composants.

Mise en place de l'alimentation électrique et de l'arrêt d'urgence :

  • Branchez l'alimentation électrique appropriée pour alimenter le laser, la carte de contrôle et le moteur.
  • L'interrupteur d'arrêt d'urgence permet de couper la source d'énergie et de garantir la sécurité en cas d'urgence.

4. Configuration du logiciel

Installation et configuration du logiciel de contrôle :

  • Vous devez choisir un logiciel de contrôle compatible en fonction du type de carte de contrôle.
  • En fonction de la configuration du logiciel, régler la puissance du laser, la vitesse et les paramètres de coupe.

Étalonnage de la découpeuse laser :

  • Ajustez la position relative entre la tête laser et le lit de découpe pour assurer une mise au point précise.
  • Exécutez le programme d'étalonnage pour vérifier la précision et la répétabilité du mouvement dans les directions X, Y et Z.

Exécution de coupes d'essai :

  • Préparez les matériaux testés, comme le bois et l'acrylique, et fixez-les sur le plateau de découpe.
  • Concevez un modèle de découpe simple et envoyez-le à votre machine de découpe au laser pour qu'elle le teste. Les formes circulaires et carrées sont acceptables.
  • Évaluer les résultats de coupe et optimiser les paramètres de coupe pour préparer la coupe réelle.

En suivant les étapes décrites ci-dessus, vous pouvez fabriquer votre propre machine de découpe laser. N'est-ce pas intéressant ? En suivant les étapes et les précautions que j'ai énumérées, je pense que vous aurez une meilleure compréhension des machines de découpe laser tout en apprenant des connaissances sur une machine de découpe laser. Alors, sans plus attendre, commençons à fabriquer notre propre machine à découper au laser.

VI. Conclusion

Le début de cet article présente la définition des machines de découpe laser, leurs principes de fonctionnement et leurs classifications détaillées afin de vous aider à comprendre cette machine et d'améliorer votre compréhension du contenu suivant.

Cet article porte principalement sur la préparation des pièces et le processus de fabrication des machines de découpe laser. Je pense que la lecture de cet article vous permettra de mieux comprendre comment fabriquer une machine de découpe laser.

Notre société, ADH Machine Tool, possède de vastes connaissances scientifiques sur les machines de découpe laser et dispose d'opérateurs hautement professionnels. Nous vendons des machines de découpe laser et des pièces détachées.

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