Les découpeurs laser peuvent-ils découper du métal ?

I. Introduction

Dans l'industrie manufacturière moderne, diversifiée et sophistiquée, la technologie de découpe laser joue un rôle indispensable dans diverses industries en raison de ses avantages distinctifs et de sa grande capacité d'adaptation.

Qu'il s'agisse de la fabrication de structures complexes dans l'industrie aérospatiale, de la découpe créative de graphiques dans l'industrie de la décoration publicitaire, du traitement de précision de pièces détachées dans la construction automobile ou même de la fabrication de micro-pièces dans l'industrie électronique, machines de découpe laser peut réaliser une utilisation efficace et une création artistique de matériaux avec une grande précision, une grande vitesse et une conception flexible.

Cependant, un problème central des machines de découpe laser attire l'attention des gens en dépit de leur application généralisée : les machines de découpe laser peuvent-elles découper du métal ? La réponse est oui ; cette caractéristique est le facteur clé pour se démarquer dans de nombreuses industries.

La technologie de découpe au laser permet non seulement de traiter une grande variété de matériaux métalliques, notamment l'acier inoxydable, l'acier au carbone, l'aluminium et le cuivre, mais aussi d'éviter les contraintes mécaniques sur la pièce tout en conservant une précision de coupe extrêmement élevée grâce aux caractéristiques de fabrication sans contact, ce qui améliore grandement la qualité et la durée de vie.

Parallèlement, la technologie de découpe au laser joue un rôle de plus en plus important dans l'industrie de transformation des métaux en raison de sa vitesse rapide, de sa faible zone d'influence de la chaleur et de ses caractéristiques de découpe lisse et plate.

Notre passage approfondira la façon dont la technologie de découpe laser découpe différents types de métaux avec une grande efficacité et une grande précision, les avantages de cette technologie et ses tendances futures dans la fabrication des métaux.

II. Comprendre la technologie de la découpe laser

Définition et brève histoire de la découpe laser

La technique de découpe au laser est une technique qui utilise un faisceau laser à haute densité énergétique pour irradier localement le matériau, faisant fondre rapidement la zone irradiée, la vaporisant ou atteignant le point d'ignition, ce qui permet d'obtenir une technologie de découpe précise.

Cette technologie remonte à la fin des années 1960 et a été initialement utilisée dans les domaines de la recherche scientifique.

Avec le développement de la technologie laser et la baisse des coûts, la découpe laser est progressivement utilisée dans la production industrielle, et largement appliquée dans la fabrication de tôles, la construction automobile, l'aérospatiale, les machines de précision et d'autres industries.

Types de lasers utilisés pour la découpe des métaux

Il existe trois principaux types de laser pour la découpe des métaux :

lasers CO₂ : Le laser CO₂ est l'équipement de découpe laser le plus courant et le plus utilisé sur le marché. Il utilise un mélange de gaz CO₂ comme substance de travail et génère des faisceaux laser constants et pulsés. Il se caractérise par une puissance élevée, une bonne qualité de faisceau laser et une vitesse de coupe rapide, ce qui convient à la plupart des métaux et des matériaux non métalliques.

Lasers à fibreLes lasers à fibre : les lasers à fibre ont été développés rapidement et largement utilisés en quelques années en raison de leur structure étroite, de leur efficacité élevée et de leur faible coût d'entretien. Son principe de fonctionnement consiste à utiliser une fibre dopée avec des éléments des terres rares comme support de gain, et la longueur d'onde laser générée est beaucoup plus courte, ce qui convient mieux à la découpe des matériaux métalliques. L'effet de coupe est particulièrement bon sur les matériaux métalliques hautement réfléchissants tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone et l'aluminium.

Lasers à solide YAG: Les lasers solides YAG sont appréciés dans des domaines spécifiques en raison de leur grande stabilité et de leur durabilité. Il adopte le cristal comme support laser et génère des lasers qui peuvent produire des longueurs d'onde proches de l'infrarouge, adaptées à la découpe de tôles minces et de matériaux non métalliques. Bien que sa puissance soit inférieure à celle du laser CO₂ et du laser à fibre, il se distingue encore dans certaines applications de découpe de métaux raffinées et de haute précision.

III. La mécanique de la découpe laser du métal

Tout d'abord, il est essentiel de comprendre le principe de fonctionnement de base de la découpe laser. Le composant principal d'une machine de découpe laser est un générateur laser, qui peut produire un faisceau monochromatique très concentré, c'est-à-dire un laser.

Ce laser se caractérise par une densité de puissance extrêmement élevée et peut être focalisé par le système optique en un point extrêmement fin d'un diamètre de quelques dizaines à quelques centaines de microns seulement, ce qui rend l'énergie par unité de surface très concentrée.

Lorsqu'un faisceau laser de haute intensité frappe une surface métallique, deux types d'effets physiques principaux sont générés : l'absorption et la réflexion.

En ce qui concerne les lasers à longueur d'onde spécifique, le matériau métallique absorbe une partie de la puissance du laser et cette partie de l'énergie est rapidement transformée en énergie thermique, ce qui fait que la température d'une zone locale du métal augmente fortement en peu de temps, atteignant le point de fusion ou même le point d'ébullition.

Dans le même temps, l'énergie laser restante non absorbée peut être réfléchie ou diffusée.

Une fois que les parties du matériau métallique sont à l'état fondu ou vaporisé, la tête de découpe laser se déplace à une vitesse prédéfinie et guide le faisceau laser le long d'une trajectoire déterminée, réalisant ainsi une découpe précise du matériau métallique.

L'énergie du faisceau laser étant très concentrée et la vitesse de transfert rapide, la majeure partie de la chaleur générée pendant le processus de découpe est simplement limitée à une petite zone, ce qui garantit que le matériau environnant ne sera pas affecté par la chaleur et assure la qualité et la précision de l'arête de coupe.

En outre, la découpe de tôles épaisses est généralement assistée par l'injection de gaz à haute pression (oxygène, azote, etc.).

D'une part, ces gaz peuvent évacuer les scories produites pendant le processus de coupe et maintenir la bouche de coupe propre.

D'autre part, l'O2 peut servir d'accélérateur de combustion pour accélérer les réactions d'oxydation des métaux, ce qui augmente encore la vitesse et l'efficacité de la coupe.

IV. Découpeuses laser et métaux

Types de métaux adaptés à la découpe laser

La technologie de découpe laser peut être utilisée pour découper différents types de matériaux métalliques, notamment l'acier au carbone, l'acier au silicium, l'acier inoxydable, l'alliage d'aluminium et l'alliage de titane.

Ces matériaux ont des exigences différentes pour les machines de découpe laser. Par exemple, la machine de découpe laser CO₂ peut découper l'acier au carbone à 20 mm près, l'acier inoxydable à 10 mm près et l'alliage d'aluminium à 8 mm près.

Cela prouve qu'il est essentiel de choisir des machines de découpe laser adéquates pour obtenir une découpe du métal de haute qualité.

Facteurs influençant la découpe des métaux au laser

Épaisseur du métal : L'épaisseur de la tôle est le facteur clé pour déterminer l'efficacité et la qualité de la découpe laser. Les matériaux métalliques plus fins sont plus faciles à pénétrer et à découper rapidement par le laser. L'augmentation de l'épaisseur peut nécessiter une puissance laser plus élevée et une vitesse de découpe plus lente pour garantir la qualité des découpes.

Besoins en puissance laserLa puissance du laser varie en fonction du matériau et de l'épaisseur du métal. Une puissance laser plus élevée permet de faire fondre rapidement la pièce et d'évacuer efficacement la matière fondue à l'aide d'un gaz auxiliaire. Le choix de la puissance laser appropriée n'est pas seulement lié à l'efficacité de la coupe, mais affecte aussi directement les coûts d'usinage et la qualité de la pièce.

Le rôle du laser dans la découpe des métaux

Le laser CO₂ convient à la découpe de matériaux non métalliques et métalliques dans une certaine plage en raison de ses caractéristiques de grande longueur d'onde. La machine de découpe laser CO₂ s'adapte bien aux plaques moyennes et épaisses d'acier au carbone et d'acier inoxydable.

Cependant, avec les progrès de la technologie laser à fibre, en particulier pour l'optimisation des applications de découpe des métaux, les avantages des machines de découpe laser à fibre deviennent de plus en plus évidents.

Le faisceau lumineux à ondes courtes et longues généré par les lasers à fibre étant plus facile à absorber par le métal, il peut présenter une efficacité de conversion électro-optique plus élevée, un coût d'exploitation plus faible et des propriétés de découpe plus stables lors de la découpe de métaux tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone et l'alliage d'aluminium.

En outre, les lasers à fibre se caractérisent par des structures étroites et une maintenance simple, ce qui en fait l'équipement le plus courant dans le domaine de la découpe moderne des métaux.

En tout état de cause, pour choisir le type de machine de découpe laser, les types de métaux et l'épaisseur à prendre en considération, une évaluation complète sera effectuée en fonction des besoins de production réels, des avantages économiques et des tendances futures en matière de développement technologique.

Limites d'épaisseur : Quelle épaisseur les découpeurs laser peuvent-ils atteindre ?

CO₂ machine de découpe laser :

En ce qui concerne l'acier doux, les machines de découpe laser CO₂ de niveau industriel peuvent traiter des tôles plus épaisses allant de 0,5 mm à 25 mm, et les équipements de grande puissance peuvent aller jusqu'à 30 mm.

En ce qui concerne l'acier inoxydable et l'aluminium, en raison de l'efficacité différente de l'absorption de l'énergie laser, l'épaisseur qui peut être découpée est inférieure à celle de l'acier doux sous la même puissance, de l'ordre de 0,5 mm à 20 mm.

Machine de découpe laser à fibre :

Les machines de découpe laser à fibre présentent des avantages considérables lors de la découpe de tôles fines telles que l'acier inoxydable, l'acier au carbone et les alliages d'aluminium, grâce à leur efficacité de conversion électro-optique plus élevée et à la qualité de leur faisceau plus concentré.

En ce qui concerne les tôles fines (de 0,5 mm à 40 mm), la machine de découpe laser à fibre présente d'excellents effets de coupe et une grande précision.

Grâce à l'amélioration de la puissance, les machines de découpe laser à fibre haut de gamme peuvent découper des feuilles de métal allant de 80 mm à 100 mm.

Cependant, dans une application réelle, l'épaisseur de coupe spécifique est liée à de nombreux facteurs tels que la vitesse de traitement, la précision requise, la qualité de la coupe et l'économie.

En outre, pour les matériaux métalliques très épais, des procédés multi-passes ou composites sont souvent nécessaires pour la découpe.

V. Avantages de l'utilisation de la découpeuse laser pour les métaux

Précision et exactitude

Les principaux avantages de la technologie de découpe laser résident dans sa précision et son exactitude extraordinaires. Les faisceaux laser peuvent être focalisés sur des points minuscules et se déplacer avec précision le long d'une trajectoire prédéfinie, ce qui permet d'obtenir une découpe fine de l'ordre du micron.

Cette haute précision garantit la constance de la taille des pièces et un contrôle strict des tolérances, ce qui est particulièrement adapté à la production de composants précis et de modèles compliqués.

De plus, grâce au traitement sans contact de la découpe laser, elle évite les déformations et les tensions causées par la découpe mécanique traditionnelle, ce qui améliore encore la qualité de la pièce.

Vitesse de traitement

Par rapport aux méthodes traditionnelles de découpe des métaux (comme l'estampage, la découpe au plasma ou la découpe au jet d'eau), la vitesse de la découpe au laser s'améliore apparemment.

La découpe au laser est constante et rapide, sans qu'il soit nécessaire de remplacer les outils et d'ajuster l'équipement, ce qui raccourcit considérablement la durée du cycle de production.

Les machines de découpe laser peuvent fonctionner de manière stable et constante à une vitesse élevée, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production, en particulier dans le cadre d'une production de masse et d'opérations sur les chaînes d'assemblage.

Diversité et adaptabilité des matériaux et des formes

Les machines de découpe laser se caractérisent par une bonne gamme d'applications matérielles. Elles peuvent découper efficacement divers matériaux métalliques, notamment l'acier doux, l'acier inoxydable, l'aluminium, le cuivre, et même des alliages et des métaux spéciaux.

En même temps, la découpe laser n'est pas limitée à la complexité des modèles, qu'il s'agisse d'une simple découpe droite ou d'un contour courbe complexe, même les pièces bidimensionnelles ou tridimensionnelles peuvent être terminées facilement.

Les concepteurs disposent ainsi d'une plus grande liberté et d'un espace créatif dans la conception des produits, ce qui permet à la fabrication de passer à un niveau supérieur de développement personnalisé et sur mesure.

VI. Éléments à prendre en compte lors de la découpe de métaux au laser

Considérations sur les propriétés des matériaux : réflectivité et conductivité thermique

Réflexion : les différents types de métaux ont des capacités d'absorption différentes du faisceau laser. Par exemple, les matériaux métalliques à haute réflectivité tels que l'aluminium et le cuivre sont irradiés par le laser et une partie de l'énergie est réfléchie au lieu d'être absorbée et convertie en chaleur, ce qui peut affecter la vitesse et l'effet du métal fondu ou vaporisé. Par conséquent, lorsqu'il s'agit de ce type de métal, un laser avec un taux de puissance plus élevé ou un gaz assistant spécial et un système optique seront nécessaires pour renforcer le taux d'absorption du laser.

Conductivité thermique : le taux de conductivité thermique du métal détermine la vitesse à laquelle la chaleur est transférée lorsqu'il est chauffé. La chaleur d'un métal à forte conductivité thermique comme l'aluminium se répandra rapidement dans la zone environnante, réduisant la densité d'énergie du point de focalisation du laser. Il peut être nécessaire d'ajuster les paramètres du laser afin de conserver une accumulation de chaleur localisée suffisante pour une découpe efficace.

Au contraire, pour les métaux à faible conductivité thermique, comme l'acier inoxydable, il est plus facile d'obtenir une coupe à haut rendement, car la chaleur a moins tendance à se diffuser.

Influence de la puissance du laser et de la vitesse de coupe

Puissance du laser : La puissance du laser affecte directement la vitesse et la profondeur de coupe. Plus la puissance est élevée, plus la pièce fond rapidement et plus la découpe est douce. Toutefois, une puissance plus élevée peut entraîner une sur-fusion ou une déformation des pièces. Il est donc plus important de choisir la puissance laser appropriée.

Vitesse de coupeLa vitesse de coupe interagit avec la puissance du laser et détermine mutuellement la qualité et les effets de la coupe finale. L'amélioration de la vitesse de coupe peut réduire l'apport de chaleur et la zone affectée par la chaleur, ce qui permet d'obtenir une meilleure qualité de coupe. Toutefois, une vitesse trop élevée peut entraîner des coupes incomplètes ou un manque de pénétration dans le matériau. Trouver la meilleure adéquation entre la puissance et la vitesse de coupe permet d'optimiser l'effet de coupe et de garantir l'efficacité de la productivité.

VII. Conclusion

Que ce soit pour la découpe précise de différents types de métaux (tels que l'acier doux, l'acier inoxydable et l'aluminium) ou pour le contrôle précis de l'épaisseur, de la réflectivité et de la conductivité thermique du métal, la technologie de la découpe au laser a démontré ses propriétés extraordinaires.

Par ailleurs, l'amélioration constante de la puissance des lasers et le développement de technologies avancées telles que la découpe au laser à fibre ont permis de renforcer la capacité à traiter des matériaux métalliques plus épais ou difficiles à découper.

De la simple découpe bidimensionnelle à la mise en forme tridimensionnelle complexe, de la production de critères à grande échelle à la conception personnalisée, la technologie de découpe au laser fera progresser l'ensemble de la fabrication métallique, renforçant encore son rôle dans l'efficacité moderne et la technologie de précision.

ADH Machine Tool, fabricant et exportateur de premier plan de machines de découpe laser, de presses plieuses et de cisailles, vous offrira des possibilités infinies. Bienvenue chez ADH consulter notre site officiel ou contactez notre vendeur.