Comment les machines de découpe au laser permettent de faire le travail

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Date de publication : 12 avril 2024

I. Introduction

Avec le développement de l'automatisation et de l'intelligence dans la fabrication, machines de découpe laser supplantent les méthodes de coupe traditionnelles grâce à leurs avantages en termes de précision, d'efficacité et de flexibilité. Il devient ainsi le premier choix pour le traitement des métaux et des non-métaux.

À l'heure actuelle, les découpeurs laser sont utilisés dans de nombreux secteurs, tels que l'automobile, l'aérospatiale, l'électronique, les semi-conducteurs et les instruments médicaux, pour fabriquer des composants et des produits de haute précision.

Selon les statistiques, le marché mondial des machines de découpe a atteint 1 milliard de dollars avec un taux de croissance de 20% par an.

Face au développement rapide et au grand potentiel de la technologie de découpe laser, il est essentiel pour les entreprises de fabrication et les particuliers d'en connaître les principes de fonctionnement, les caractéristiques et les applications.

Poursuivez votre lecture, nous allons en savoir plus.

II. Composants de la machine de découpe laser

Source laser (CO2, fibre, etc.)

La source laser, qui est l'élément central d'une machine de découpe laser, génère un faisceau laser de grande puissance. Les types habituels comprennent les lasers CO2, les lasers à fibre et les lasers YAG. Les lasers CO2 ayant une efficacité de conversion de 20% ont un rendement élevé et conviennent donc aux matériaux épais.

Les lasers à fibre présentent une efficacité de conversion photoélectrique élevée, des faisceaux laser de haute qualité et de faibles coûts de maintenance, si bien qu'ils se sont imposés sur le marché.

Système de distribution du faisceau (miroirs et lentilles)

La fonction du système de faisceau et d'acheminement est de diriger les faisceaux laser dans les directions voulues. Les lentilles de focalisation concentrent les faisceaux laser en un petit point lumineux avec une densité de puissance élevée pour terminer la découpe au laser.

La longueur focale de l'objectif est généralement de 5 pouces, et l'objectif de 7,5 pouces est utilisé pour couper des matériaux d'une épaisseur supérieure à 12 mm. Le trajet optique nécessite des gaz de protection pour éviter la pollution de l'objectif et un couvercle de protection pour éviter les dommages.

Tête de coupe et buse

tête de coupe

Une tête de coupe comprend un nez, des lentilles de mise au point, un système de suivi et d'autres composants.

Les buses sont de formes parallèle, convergente et conique, et leur fonction est d'acheminer les gaz de coupe auxiliaires.

Le système suivant maintient constante la distance entre la tête de coupe et la surface du matériau et se divise en deux types : capacitif (sans contact) et inductif (avec contact).

Les dispositifs d'entraînement de la tête de coupe sont constitués d'un servomoteur, d'une vis sans fin et d'autres pièces, qui entraînent le déplacement de la tête de coupe le long de l'axe Z.

Système de contrôle CNC

En tant que cerveau d'une machine de découpe laser, le système de commande CNC contrôle le déplacement du plateau de découpe le long des axes X, Y et Z. En même temps, il contrôle la puissance des découpeurs laser pour obtenir des trajectoires de découpe précises. Dans le même temps, il contrôle la puissance des découpeurs laser, ce qui permet d'obtenir des trajectoires de découpe précises.

La qualité des composants détermine la précision et la stabilité de la coupe. Les systèmes de commande CNC les plus courants sont Beckhoff, PA et Frank.

Lit ou table de coupe

Un banc ou une table de découpe est utilisé pour placer les matériaux à découper et se déplace en fonction du système de commande CNC. La rigidité et la stabilité influencent la précision de la découpe.

Les structures des bancs de coupe sont les suivantes : portique, cantilever, poutre, etc. Il existe également d'autres types de machines de découpe spéciales. Par exemple, les machines tridimensionnelles à cinq axes sont spécialement conçues pour l'industrie automobile.

Autres pièces

En outre, les machines de découpe laser sont également équipées d'autres composants, notamment un système de refroidissement, un dispositif d'alimentation en gaz, un compresseur d'air, un filtre de séchage de l'air, un système de dépoussiérage et d'échappement, un dispositif d'évacuation des scories et d'autres équipements auxiliaires, afin d'assurer le fonctionnement régulier de la machine.

Il est donc évident qu'une machine de découpe laser est constituée d'instruments de haute précision. Chaque pièce fait partie intégrante de l'ensemble de la machine, ce qui impose des exigences élevées au processus d'assemblage et aux techniques de fabrication.

III. Types de machines de découpe laser

Découpeurs laser CO2

Principes de travail: Les machines de découpe au laser CO2 utilisent un courant électrique pour exciter le CO2, l'azote, l'hydrogène et l'hélium afin de générer des lasers d'une longueur d'onde de 10,6 microns.

Caractéristiques: Les machines de découpe laser CO2 sont parmi les instruments de découpe les plus courants et les plus rentables, avec une puissance allant de 25 à 100w.

Caractéristiques: Les machines de découpe laser CO2 sont parmi les instruments de découpe les plus courants et les plus rentables, avec une puissance allant de 25 à 100w.

Matériaux applicables : Les matériaux métalliques comprennent les métaux non ferreux, comme les fines plaques d'aluminium. Les matériaux non métalliques comprennent le bois, le papier, l'acrylique, le cuir, les tissus et les papiers peints.

Secteurs d'application : Il a été largement utilisé pour la coupe de matériaux non métalliques et la transformation des aliments, tels que le fromage et les châtaignes.

Découpeurs laser à fibre

Principe de fonctionnement : Les découpeurs laser à fibre utilisent des lasers à graine et des fibres optiques spéciales pour générer des faisceaux laser de puissance à haute densité d'une longueur d'onde de 1,064 micron.

CaractéristiquesLes machines de découpe laser à fibre sont des lasers solides, il n'est donc pas nécessaire de les entretenir fréquemment. Sa durée de vie est supérieure à 25000h. Son efficacité de découpe est 3 fois supérieure à celle de la machine de découpe laser CO2. De plus, les têtes de découpe des découpeurs laser à fibre permettent d'utiliser la lumière continue ou pulsée et sont très performantes en termes d'adaptabilité.

Matériaux applicables : métaux, alliages, non-métaux (verre, bois et plastique). Il convient aux matériaux minces.

Secteurs d'application : Marquage des métaux, gravure, marquage des plastiques et autres domaines. La puissance relativement plus élevée des lasers à fibre est appliquée plus largement.

Différences et applications spécifiques

CaractéristiquesDécoupeurs laser CO2Découpeurs laser à fibre
Matériaux applicablesmatériaux non métalliques : bois, acrylique, draperiemétaux et non-métaux
Efficacitérelativement plus faibleplus élevé
Précisiongénéralplus élevé
Maintenancefacilefacile
Rapport coût-efficacitéplus élevéplus élevé
Tendances du marchégénéralement remplacés par des lasers à fibrecourant dominant

Dans l'ensemble, les découpeurs laser à CO2, plus rentables, sont principalement utilisés pour découper les métaux non ferreux ; les découpeurs laser à fibre, très adaptables et efficaces, sont plus faciles à entretenir.

Lors du choix des machines de découpe laser, il convient de tenir compte des matériaux à découper, de l'efficacité, de l'entretien et du coût.

Cependant, grâce à leurs performances parfaites, les machines de découpe laser à fibre remplacent progressivement les machines de découpe laser à CO2 pour s'imposer sur le marché.

À mesure que la technologie se développe et que les coûts diminuent, les machines de découpe au laser seront de plus en plus utilisées dans l'industrie.

IV. Comment fonctionne la découpe au laser : Étape par étape

Génération de laser

Les lasers sont les principaux composants des machines de découpe laser. Ils comprennent généralement des lasers CO2, des lasers à fibre et des lasers YAG. Prenons l'exemple du laser CO2.

Ils sont constitués d'un tube de verre rempli de gaz fixes tels que le CO2, l'azote et l'hélium. Lorsque des courants électriques à haute pression traversent ces gaz, les molécules de CO2 sont inspirées pour atteindre un niveau d'énergie élevé.

Tandis que les molécules de CO2 d'un niveau d'énergie supérieur retournent à un niveau d'énergie inférieur, une lumière infrarouge d'une longueur d'onde de 10,6μm sera libérée, ce qui constitue un laser CO2.

Focalisation et direction du faisceau

Les faisceaux laser générés par un laser sont d'abord réfléchis par une série de réflecteurs afin de modifier leur direction d'irradiation. Ensuite, des lentilles de focalisation concentrent les faisceaux laser en un petit point lumineux d'un diamètre inférieur à 0,3 mm.

Enfin, les faisceaux laser focalisés à haute densité de puissance peuvent chauffer rapidement le matériau jusqu'à ce qu'il atteigne un point de fusion ou d'évaporation.

Fusion, combustion ou vaporisation du matériel

Lorsqu'ils sont irradiés par des faisceaux laser à haute densité de puissance, les matériaux absorbant l'énergie atteignent une température élevée.

Cependant, les matériaux réagissent différemment aux lasers et nécessitent donc des puissances laser différentes, généralement comprises entre 1 et 6 kW.

Lorsque la température dépasse le point de fusion, les matériaux commencent à fondre ; lorsqu'elle dépasse le point d'ébullition, ils commencent à s'évaporer et à former de la vapeur. Les matériaux fondus et vaporisés sont retirés des limons de taille, formant ainsi des entailles.

Gaz d'assistance pour l'enlèvement des matériaux

Pour accélérer l'élimination des matériaux fondus et vaporisés, les découpeurs laser injectent des gaz à haute pression, tels que l'oxygène et l'azote, pendant la découpe. Les gaz peuvent souffler la matière fondue hors des limons afin d'empêcher les noches de se ressouder et de protéger les lentilles de mise au point contre les dommages.

Pour certains matériaux réactifs à l'oxygène, comme l'acier inoxydable, des gaz inertes, comme l'azote, sont généralement utilisés pour empêcher l'oxydation des encoches.

Commande CNC pour des trajectoires de coupe précises

Sous le contrôle du système de commande CNC, la tête de coupe se déplace avec précision selon des trajectoires de coupe préprogrammées.

La précision de positionnement des machines de découpe laser modernes atteint 0,052 mm. Elles sont donc capables de découper des modèles compliqués et précis.

En outre, les systèmes de contrôle CNC peuvent également ajuster des paramètres tels que la puissance du laser, la vitesse de coupe et le débit de gaz afin d'obtenir un fonctionnement entièrement automatisé, ce qui améliore considérablement la productivité.

V. Avantages de la découpe laser

Haute précision et exactitude

En raison du faible diamètre du faisceau laser, celui-ci peut découper des motifs avec précision. Les diamètres des points lumineux focalisés sont inférieurs à 0,33 mm.

L'adoption du traitement sans contact signifie que la découpe au laser ne nécessite pas l'usure des outils de coupe. Ainsi, la précision de la découpe ne diminue pas en raison des périodes de découpe prolongées.

Intégrée à un système de contrôle CNC, la découpeuse laser peut être utilisée automatiquement. La précision de positionnement peut atteindre 0,05 mm, ce qui est nettement inférieur au traitement mécanique traditionnel.

L'étroitesse des zones affectées par la chaleur indique que les matériaux entourant les limons de coupe sont à peine affectés. Par conséquent, la faible déformation de la pièce à usiner garantit la précision des dimensions.

Polyvalence dans la coupe de divers matériaux

Les découpeurs laser permettent de découper de nombreux matériaux, y compris des métaux, des non-métaux et divers matériaux composites.

En raison de la capacité d'absorption des différents matériaux, les paramètres de coupe doivent être ajustés en conséquence. Cependant, il faut savoir que seuls les paramètres de sortie doivent être ajustés sans changer les outils de coupe.

Les machines de découpe laser tridimensionnelles peuvent découper sur n'importe quelle surface sans réglage artificiel de l'angle, ce qui élargit la gamme des matériaux applicables.

Réduction des déchets de matériaux et coupes nettes

Grâce à sa qualité et à sa flexibilité, la découpe laser permet de réduire au maximum les déchets et de produire des coupes nettes.

Les coupes sont étroites, de 0,1 à 0,3 mm, ce qui permet d'obtenir des taux d'utilisation élevés. Intégrée à un système de commande CNC, elle permet une composition automatique afin de réduire les déchets.

Des gaz à haute pression sont injectés pendant la coupe pour évacuer la matière fondue afin qu'elle n'adhère pas aux coupes. Les surfaces des coupes sont donc lisses et propres.

Le gaz inerte peut être utilisé pour protéger les matériaux facilement oxydables, comme l'acier inoxydable, afin d'éviter que les coupes ne soient décolorées par l'oxydation.

Des délais de production plus courts

Grâce à leur vitesse de coupe rapide et à leur grande efficacité, les découpeurs laser permettent de réduire considérablement les délais de production. La vitesse d'une découpeuse laser peut atteindre plusieurs mètres par minute, soit plusieurs fois celle des méthodes de découpe traditionnelles.

Sans installer et serrer la pièce, la découpeuse laser n'a pas besoin de charger et de décharger les matériaux, ce qui permet de gagner du temps. Grâce à un système de chargement et de déchargement automatique, les découpeurs laser sont plus efficaces.

Les découpeurs laser permettent un moulage unique sans double traitement, ce qui permet de gagner du temps pour les traitements ultérieurs.

Automatisation et reproductibilité

Les découpeurs laser peuvent être facilement automatisés et standardisés, et conviennent donc à la production par lots.

La plupart des machines de découpe laser modernes équipées de systèmes de contrôle CNC peuvent fonctionner automatiquement, ce qui réduit les coûts de main-d'œuvre.

Les systèmes de commande CNC stockant les programmes de coupe permettent de réaliser des appels rapides et de garantir la répétabilité et la cohérence du traitement.

La faible maintenance signifie qu'il n'y a pas de demande de main-d'œuvre supplémentaire, puisqu'il suffit de changer l'eau de refroidissement et d'entretenir régulièrement les systèmes optiques.

D'une manière générale, les machines de découpe laser à haute précision, efficacité, flexibilité et faibles coûts sont privilégiées par les fabricants, ce qui favorise le développement intelligent et écologique de l'industrie manufacturière.

VI. Applications de la découpe laser

Industrie automobile

Découpe de pièces de carrosserie: les découpeurs laser peuvent découper rapidement et avec précision des panneaux de carrosserie tels que les portes, les crochets et les couvercles de coffre. Elle produit des coupes de haute qualité et provoque de faibles déformations.

Découpe des décors intérieurs : La plupart des décors intérieurs, y compris les tableaux de bord, les panneaux de commande centraux et les cadres de sièges, sont produits par des machines de découpe au laser, qui sont capables de produire des motifs compliqués et précis.

Aérospatiale et défense

Découpe de la peau d'un avion : Les lasers peuvent découper avec précision et efficacité les peaux d'avion, en particulier celles qui présentent des courbes complexes et des trous de forme spéciale.

Réduction des produits militaires : ils peuvent produire les principaux composants des produits militaires, notamment des pièces d'armes à feu, des munitions, des véhicules blindés et des navires de guerre.

Électronique et semi-conducteurs

Découpe de puces semi-conductrices : Les découpeurs laser peuvent être utilisés lors de l'emballage des semi-conducteurs pour découper les wafers et séparer les puces avec peu de dégâts et à grande vitesse.

Découpe de composants électroniques : ils peuvent traiter des substrats en céramique et en plastique de composants électroniques, tels que des résistances, des condensateurs et des connecteurs.

Dispositifs médicaux

Découpe des dispositifs médicaux : Le scalpel, la scie orthopédique, les ciseaux médicaux et d'autres instruments peuvent être produits par une découpeuse laser, qui garantit la dureté et la douceur du tranchant.

Coupe d'implants médicaux : Les articulations artificielles, les prothèses osseuses et autres implants sont généralement fabriqués à partir de matériaux durs, comme le titane, et la découpe au laser est donc une méthode intelligente de moulage.

machine de découpe laser

VII. Conclusion

Dans l'ensemble de l'article, j'ai expliqué la définition, les principes de fonctionnement, les types, les applications et les avantages des machines de découpe laser, ce qui vous fournit un guide complet pour la machine.

En tant que l'un des plus grands exportateurs de Chine, notre société peut se targuer de quatre décennies d'expérience en matière de recherche et de développement de machines de découpe laser. Nos machines de découpe laser aux excellentes performances sont un choix judicieux pour vous. Si vous êtes intéressé par nos produits, vous pouvez consultez notre page produits. Bienvenue à nous contacter.

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