Techniques de découpe et de gravure à la machine laser

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Date de publication : 9 mai 2024

I.Introduction

La technologie de découpe et de gravure au laser, l'une des plus importantes dans le domaine de la fabrication, utilise des faisceaux laser à haute densité pour évaporer ou faire fondre des matériaux par traitement thermique afin d'obtenir une découpe ou une gravure de haute précision.

Par rapport aux méthodes traditionnelles de découpe mécanique et de gravure chimique, le traitement au laser présente de nombreux avantages, tels qu'une précision et une vitesse élevées, une large application, une petite zone affectée par la chaleur, une grande flexibilité et un traitement sans contact.

Grâce à leurs vertus, les machines de découpe et de gravure au laser sont utilisées dans le monde entier. Les statistiques montrent que le marché mondial des machines de découpe laser a atteint 4,5 milliards de dollars en 2021, avec une croissance moyenne annualisée estimée à 8% en 2028.

Du point de vue des applications en aval, des industries telles que la construction automobile, l'électronique grand public, les écrans publicitaires, l'habillement et les textiles, ainsi que les appareils médicaux, adoptent toutes des équipements de traitement laser en grandes quantités pour améliorer l'efficacité de la production et la qualité des produits.

En Chine, l'industrie de la découpe laser a réalisé de grandes avancées. On estime que d'ici 2025, la taille du marché des machines de découpe laser chinoises dépassera les 20 milliards de yuans. On peut prévoir que la technologie de traitement laser jouera un rôle de plus en plus central dans la promotion d'un développement de haute qualité de l'industrie manufacturière.

Cet article présente donc les principes de fonctionnement des machines de découpe et de gravure au laser, leurs types, leurs avantages et leurs applications, dans le but de fournir une référence aux collègues de l'industrie et aux clients potentiels.

II. Comment une machine laser découpe-t-elle et grave-t-elle ?

Découpe ou gravure au laser est une méthode de traitement qui utilise l'action thermique des lasers pour terminer l'enlèvement de matière. Les principes de fonctionnement sont similaires, mais les méthodes de traitement et les effets diffèrent. Je vais vous présenter ce procédé dans les lignes qui suivent ; avant cela, visionnons d'abord une courte vidéo.

Principes de travail de la découpe laser

La découpe laser utilise des faisceaux laser de haute densité sur la surface de la pièce à usiner pour chauffer, faire fondre et évaporer le matériau afin de découper la pièce. Les processus sont les suivants :

Première étape : les lasers génèrent des faisceaux laser à haute densité de puissance et sont focalisés sur la surface de la pièce à l'aide de systèmes optiques.

Deuxième étape : les faisceaux laser focalisés forment une zone de haute chaleur à la surface de la pièce et font fondre et évaporer le matériau.

Troisième étape : le système de commande CNC contrôlera la tête de coupe pour qu'elle se déplace le long des trajectoires conçues et termine le processus de coupe.

Les paramètres clés des machines de découpe laser comprennent la puissance du laser, le diamètre du spot, la vitesse de découpe, la pression du gaz auxiliaire, etc. L'optimisation de ces paramètres permet d'obtenir une découpe de haute qualité, telle que des fentes étroites, moins de bavures et moins de couche de refonte.

Principes de fonctionnement de la gravure au laser

machine de découpe laser

La gravure laser utilise des faisceaux laser de puissance relativement faible pour enlever sélectivement la surface de la pièce afin de graver les motifs ou les mots requis. Par rapport à la découpe au laser, la gravure au laser ne coupe généralement pas le matériau en profondeur.

Dans le cas contraire, il contrôle les paramètres du laser et les trajectoires de balayage pour réaliser une gravure de surface localisée. Les processus sont les suivants :

Première étape : convertir les motifs ou le texte à graver en format numérique vectoriel ou bitmap.

Deuxième étape : les faisceaux laser enlèvent le matériau de manière sélective pendant le balayage, ce qui produit un effet de gravure irrégulier.

Troisième étape : l'ajustement des paramètres tels que la puissance du laser, la vitesse de balayage et l'espacement des lignes permet de contrôler la profondeur et la précision de la gravure.

La gravure au laser permet de produire divers motifs, textes et logos précis et exquis sur la surface de nombreux types de matériaux. L'effet et la qualité de la gravure dépendent principalement des paramètres du laser, des caractéristiques du matériau et de la conception du motif.

Les créations doivent être améliorées en fonction des différents matériaux et applications afin d'obtenir le meilleur effet.

Différences entre la découpe laser et la gravure

Bien que la découpe et la gravure au laser utilisent toutes deux l'effet thermique des lasers pour enlever les matériaux, elles diffèrent en termes de méthodes de traitement et d'effets de coupe. Les principales différences sont les suivantes :

Finalités du traitement : La découpe laser vise à découper les matériaux, tandis que la gravure laser vise à graver les matériaux de manière sélective.

Paramètres du laser : La découpe laser utilise des faisceaux laser à haute densité de puissance, tandis que la gravure utilise des faisceaux laser à densité de puissance relativement faible.

Degrés de transformation : La découpe laser pénètre dans le matériau, tandis que la gravure ne retire généralement qu'une couche de matériau de la surface.

Assister l'équipement : La découpe au laser nécessite un gaz auxiliaire à haute pression pour évacuer le matériau en fusion, alors que la gravure ne nécessite généralement pas de gaz auxiliaire.

Précision du traitement : la précision de la gravure laser est généralement plus élevée que celle de la découpe laser, atteignant le niveau micro.

Bien que différents les uns des autres, ils sont utilisés en combinaison dans des applications pragmatiques afin de répondre aux exigences de processus de plus en plus complexes.

Par exemple, lors de la production de plaques signalétiques en métal, nous pouvons utiliser la découpe laser pour découper la forme, puis la gravure laser pour graver les mots et les motifs des plaques signalétiques.

Dans l'ensemble, la découpe et la gravure au laser utilisent toutes deux l'effet thermique du laser pour enlever des matériaux et terminer des processus. Elles présentent toutes deux des caractéristiques uniques et peuvent être optimisées et sélectionnées en fonction des exigences de traitement spécifiques et des qualités des matériaux.

Par conséquent, une compréhension approfondie des principes de fonctionnement de la découpe et de la gravure au laser nous aide à tirer parti du rôle central du traitement au laser et à améliorer l'efficacité des produits et la qualité de la production.

III. Principaux types de machines laser et leurs applications

Actuellement, en fonction de la différence de laser, il existe deux types de machines laser courantes, à savoir les machines laser à CO2 et les machines laser à fibre. Ces deux types de machines ont leurs propres caractéristiques et fonctions dans les secteurs d'application.

Lasers CO2 pour les non-métaux (bois, acrylique, textiles, papier)

Les machines laser CO2 émettent une longueur d'onde de 10,6 micromètres, que les non-métaux peuvent bien absorber, de sorte que les machines laser CO2 sont plus performantes dans le traitement des non-métaux. Les machines laser CO2 sont principalement utilisées pour découper et graver le bois, l'acrylique, les textiles et le papier.

Le bois : Les lasers CO2 peuvent découper le bois avec précision pour fabriquer des meubles, des décorations ou d'autres produits en bois. Ils sont également capables de réaliser des gravures précises, telles que des motifs et des mots.

Acrylique: Dans l'industrie de la publicité et de la décoration, les machines laser CO2 peuvent découper avec précision des panneaux acryliques pour la fabrication d'enseignes, de présentoirs et de caissons lumineux.

Textiles : Les machines laser CO2 peuvent être utilisées pour découper et graver des textiles afin de fabriquer des vêtements, des rideaux et d'autres décorations.

Papier : Dans la conception d'emballages et la fabrication de cartes de vœux et d'autres produits en papier, les machines laser CO2 peuvent effectuer des découpes et des gravures précises, offrant ainsi des solutions de conception personnalisées.

Lasers à fibre pour les métaux

machine de découpe laser

Les machines à laser à fibre émettent des lasers de 10,6 micro-ondes qui peuvent être bien absorbés par les métaux, ce qui en fait des choix judicieux pour le traitement des métaux. Les lasers à fibre peuvent découper toutes sortes de matériaux, tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone, l'aluminium et le cuivre.

Acier inoxydable et acier au carbone : Les machines laser à fibre optique peuvent découper ces matériaux rapidement et avec précision. Elles sont donc largement utilisées dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la construction.

Aluminium et cuivre : Bien que la réflectivité et la conductivité thermique de ces matériaux soient relativement élevées, les machines à laser à fibre dotées d'une technologie avancée peuvent découper les matériaux avec précision et sont largement utilisées dans l'électronique et l'industrie électrique.

Considérations relatives à la puissance du laser et à la zone de travail

Lors du choix d'une machine laser, la puissance du laser et la taille des zones de travail sont les deux principaux facteurs à prendre en considération. La puissance du laser influe sur la vitesse et l'épaisseur de la découpe ou de la gravure, tandis que la taille des zones de travail détermine la taille des matériaux à traiter.

Puissance du laser : Les machines laser à haute puissance conviennent à la découpe de matériaux relativement épais ou à des applications nécessitant un traitement à grande vitesse. Les machines laser de faible puissance conviennent aux matériaux minces et aux traitements précis.

Zone de travail : Les machines laser grand format conviennent aux matériaux de grande taille ou à la production de masse, tandis que les machines laser petit format sont adaptées aux petites pièces ou à la fabrication d'échantillons.

Adaptation du type de laser aux exigences du matériau et de l'application

En outre, la sélection des machines laser doit également se faire en fonction du type de matériau et des exigences spécifiques de l'application.

Par exemple, pour les matériaux non métalliques qui doivent être découpés ou gravés, il convient de choisir des machines laser à CO2 ; pour le traitement des matériaux métalliques, il convient de choisir des machines laser à fibre. En outre, la puissance du laser et les zones de travail doivent également répondre aux besoins d'une production spécifique.

Sur la base de l'introduction ci-dessus, il est évident que chaque type de machine laser possède des secteurs d'application et des avantages uniques. Par conséquent, la sélection correcte des machines laser peut considérablement augmenter la productivité et la qualité du traitement.

IV. Avantages de la découpe et de la gravure au laser

Grâce à ses excellentes performances et à ses vastes perspectives d'application, la technologie de la découpe et de la gravure au laser occupe une place de plus en plus cruciale dans la fabrication moderne. Par rapport aux méthodes traditionnelles de traitement mécanique, le processus laser présente des avantages à de nombreux égards, ce qui en fait un choix idéal pour le traitement des matériaux métalliques et non métalliques.

machine de découpe laser

Haute précision et détails complexes

L'un des principaux avantages de la découpe et de la gravure au laser est sa très grande précision et ses performances en matière de détails. Les faisceaux laser peuvent être focalisés à moins de 0,1 mm, ce qui, combiné à des systèmes de contrôle CNC précis, permet d'atteindre une tolérance d'usinage de ±0,05 mm afin de répondre aux exigences de production de composants précis.

Parallèlement, la tête de découpe peut découper et graver des motifs complexes, des mots et des textures en toute souplesse, offrant ainsi une gamme extraordinaire pour la conception.

Déchets de matériaux minimaux et bords nets

En raison de l'étroitesse de la coupe laser, qui se situe normalement entre 0,1 et 0,5 mm, les déchets de matériaux sont minimisés. Par rapport à la découpe mécanique traditionnelle, la découpe et la gravure au laser permettent d'économiser une grande quantité de matières premières et d'améliorer les taux d'utilisation des matériaux.

De plus, la découpe et la gravure au laser produisent des coupes de haute qualité et des surfaces de coupe lisses qui ne nécessitent aucun traitement secondaire, ce qui permet d'éviter les procédures de polissage et de nettoyage ultérieures.

Vitesse de traitement et automatisation

La découpe et la gravure au laser sont très efficaces, en particulier pour la découpe de panneaux minces, et peuvent couper plus de 100 mètres par minute. Contrôlées par des systèmes de commande numérique, les procédures de traitement au laser peuvent être appliquées automatiquement, ce qui améliore considérablement la cohérence de la productivité et la qualité de la production.

Par exemple, le chargement, le déchargement, l'alimentation et le traitement des machines de découpe laser peuvent être automatisés, ce qui réduit les interventions manuelles et les coûts de main-d'œuvre.

Large gamme de matériaux compatibles

Les technologies de découpe et de gravure au laser sont compatibles avec un large éventail de matériaux, y compris presque tous les types de matériaux métalliques et non métalliques. Les matériaux courants pouvant être découpés sont les métaux, tels que l'acier au carbone, le cuivre inoxydable, l'alliage d'aluminium, le cuivre et le titane, et les non-métaux, tels que le bois, l'acrylique, les textiles, les cuirs, le verre et la céramique.

De plus, les lasers peuvent également traiter certains matériaux difficiles à usiner, comme les matériaux composites et les alliages durs.

Entrée et répétabilité de la conception numérique

La découpe et la gravure au laser adoptent normalement un système de contrôle CNC qui peut lire directement les fichiers vectoriels des dessins CAO. Les processus entièrement numériques permettent de modifier les dessins et d'optimiser les paramètres. Une fois que les paramètres de traitement appropriés sont déterminés, les machines laser procèdent à des traitements répétés et réguliers afin de garantir la cohérence de la production de masse, ce qui est important dans la production industrielle.

Prototypage et personnalisation à faible coût

Le traitement au laser est adapté à la production de petits lots et à la fabrication d'échantillons. Ne nécessitant pas la réalisation de modèles coûteux, la découpe et la gravure au laser permettent d'achever la validation et l'itération de la conception du produit de manière rapide et économique.

Parallèlement, la gravure laser permet d'ajouter divers motifs, mots et chiffres personnalisés à la surface de la pièce, ce qui permet aux petites et moyennes entreprises et aux clients d'innover à moindre coût.

Respect de l'environnement (pas de produits chimiques ni d'outils)

Comparé aux méthodes traditionnelles de découpe et de gravure, le traitement au laser est plus respectueux de l'environnement. Les procédés laser sont exempts de solvants ou d'encres chimiques, sans rejet de déchets, et répondent aux exigences d'une production propre.

Par ailleurs, le traitement sans contact élimine l'usure et le remplacement des outils ainsi que les nuisances sonores et les vibrations, ce qui améliore considérablement l'environnement de l'atelier.

D'une manière générale, la technologie de la découpe et de la gravure au laser, qui se distingue par sa précision, son efficacité, ses faibles coûts et sa protection de l'environnement, se développe dans un nombre croissant de secteurs manufacturiers.

De la production industrielle à la conception personnalisée et de la fabrication d'échantillons à la production de masse, le traitement laser offre davantage de possibilités et de flexibilité pour la conception et la fabrication de produits. Le développement et la maturation de la technologie laser permettront à la découpe et à la gravure au laser de s'étendre à d'autres secteurs.

V.Applications et exemples

J'aimerais énumérer quelques secteurs d'application pragmatiques et des exemples pour vous dans ce qui suit :

Signalisation et produits promotionnels

Panneaux d'affichage : Les machines laser peuvent découper et graver des motifs et des mots complexes sur l'acrylique, le bois et d'autres matériaux, ce qui permet de produire des panneaux d'affichage et de présentation de grande qualité.

Trophées et souvenirs : Les graveurs laser peuvent graver des motifs, des mots ou des images personnalisés sur les trophées et les souvenirs afin de fournir des services spéciaux personnalisés.

Boîtiers et panneaux électroniques

Boîtiers de téléphone et d'ordinateur : Les machines de découpe et de gravure au laser peuvent effectuer des découpes précises sur des matériaux tels que le métal et le plastique, créant ainsi des boîtiers de téléphone et d'ordinateur aux formes complexes et aux dimensions précises.

Panneau électronique : Les découpeurs laser peuvent découper divers trous et ouvertures sur les panneaux électroniques, tels que des boutonnières, des trous pour les voyants lumineux, etc., tout en garantissant la précision et l'esthétique.

Composants automobiles et aérospatiaux

Composants du véhicule : Les machines de découpe laser peuvent découper avec précision et rapidité des composants automobiles tels que les panneaux de carrosserie et les capots de moteur, améliorant ainsi la productivité et la qualité des produits.

Composants aérospatiaux : les machines de découpe laser sont capables de découper avec une grande précision les matériaux en alliage à haute résistance utilisés dans l'aérospatiale pour la fabrication de pièces essentielles, telles que les coques d'avion et les composants de moteur.

Emballages et présentoirs de points de vente

Boîte d'emballage : Les machines laser produisent des boîtes d'emballage rapidement et efficacement en découpant au préalable les structures complexes des boîtes d'emballage en carton et en papier ondulé.

Présentoir de vente : Les machines de découpe laser peuvent découper différentes formes de composants de présentoirs sur des matériaux tels que l'acrylique et le bois, puis les composants sont réassemblés pour former un présentoir de point de vente attrayant et pratique.

VI.Conclusion

Pour les débutants, la compréhension de la technologie de la découpe et de la gravure au laser nécessite la maîtrise des connaissances de base et des techniques d'exploitation. ADH Machine Tool se concentre sur les machines de découpe laser haut de gamme depuis 40 ans, avec une large gamme de machines de découpe laser. produits.

Mais savez-vous quel est leur secret ? Il s'avère que ADH Machine Tool consacre non seulement beaucoup d'efforts à l'innovation technologique, mais maintient également un contrôle extrêmement strict de la qualité des produits, ce qui n'a rien d'étonnant à ce qu'elle ait reçu des éloges constants de la part de ses clients.

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