Guide des bases de la découpe laser

Définition

La découpe laser consiste à utiliser un faisceau laser à haute densité de puissance pour irradier le matériau à découper, de sorte que le matériau soit rapidement chauffé à la température de vaporisation et s'évapore pour former un trou. Au fur et à mesure que le faisceau déplace le matériau, le trou forme en continu une fente avec une largeur étroite pour terminer la coupe du matériau.

Principe

Le laser utilise une excitation de substance pour générer de la lumière. Cette lumière a une forte température. Au contact du matériau, celui-ci peut fondre rapidement à la surface du matériau pour former un trou. Selon le mouvement du point d'enregistrement, la découpe est formée. Par rapport à la méthode de coupe traditionnelle, la méthode de coupe a un écart plus petit et peut économiser la majeure partie du matériau. Cependant, l'analyse est définie en fonction de l'effet de coupe. Le matériau découpé au laser a un effet de découpe satisfaisant et une grande précision. Ceci est hérité En plus des avantages du laser, il est également inégalé par les méthodes de coupe ordinaires.

La découpe au laser consiste à utiliser un faisceau laser focalisé à haute densité de puissance pour irradier la pièce, de sorte que le matériau irradié fond, se vaporise, s'ablate ou atteigne le point d'inflammation rapidement, et en même temps, le matériau fondu est soufflé par le haut- accélérer le flux d'air coaxial au faisceau, coupant ainsi la pièce ouverte. La découpe laser est l'une des méthodes de découpe thermique.

Types

La découpe laser peut être divisée en quatre catégories :la découpe laser par vaporisation, la découpe laser par fusion, la découpe laser à l'oxygène, le traçage laser et la fracture contrôlée.

1. Découpe par vaporisation laser

En utilisant un faisceau laser à haute densité d'énergie pour chauffer la pièce, la température augmente rapidement, atteint le point d'ébullition du matériau en très peu de temps et le matériau commence à se vaporiser pour former de la vapeur. La vitesse d'éjection de ces vapeurs est très grande, et en même temps que les vapeurs sont éjectées, une coupure se forme dans le matériau. La chaleur de vaporisation des matériaux est généralement très importante, donc la vaporisation et la découpe au laser nécessitent beaucoup de puissance et de densité de puissance.

La découpe par vaporisation laser est principalement utilisée pour la découpe de matériaux métalliques extrêmement minces et de 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 matériau métallique est fondu par chauffage laser, puis le gaz non oxydant (Ar, He, N, etc.) est pulvérisé à travers la buse coaxiale au faisceau, et le métal liquide est déchargé par le fort pression du gaz pour former une coupure. La découpe par fusion laser n'a pas besoin de vaporiser complètement le métal, et l'énergie requise n'est que de 1/10 de la découpe par vaporisation.

La découpe par fusion laser est principalement utilisée pour la découpe de matériaux difficiles à oxyder ou de métaux actifs, tels que l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et leurs alliages.

3. Découpe laser à l'oxygène

Le principe de l'oxycoupage laser est similaire à celui de l'oxycoupage. Il utilise un laser comme source de chaleur de préchauffage et un gaz actif tel que l'oxygène comme gaz de coupe. D'une part, le gaz soufflé interagit avec le métal de coupe pour provoquer une réaction d'oxydation et émettre une grande quantité de chaleur d'oxydation; d'autre part, l'oxyde fondu et la masse fondue sont soufflés hors de la zone de réaction pour former une coupure dans le métal. Étant donné que la réaction d'oxydation dans le processus de découpe génère beaucoup de chaleur, l'énergie requise pour la découpe laser à l'oxygène n'est que de la moitié de la découpe par fusion et la vitesse de découpe est beaucoup plus rapide que la découpe par vaporisation laser et la découpe par fusion. L'oxycoupage au laser est principalement utilisé pour les matériaux métalliques facilement oxydables tels que l'acier au carbone, l'acier au titane et l'acier traité thermiquement.

4. Traçage au laser et fracture contrôlée

Le traçage au laser utilise un laser à haute densité d'énergie pour balayer la surface du matériau cassant, de sorte que le matériau soit chauffé pour évaporer une petite rainure, puis applique une certaine pression, le matériau cassant se fissurera le long de la petite rainure. Les lasers pour le traçage au laser sont généralement des lasers à commutation Q et des lasers CO2.

Le contrôle de la rupture est l'utilisation de la distribution de température abrupte générée par le rainurage laser, qui génère une contrainte thermique locale dans le matériau fragile et brise le matériau le long de la petite rainure.

Caractéristiques

Comparée à d'autres méthodes de découpe thermique, la découpe laser présente les caractéristiques générales d'une vitesse de découpe rapide et d'une haute qualité. Plus précisément résumée sous les aspects suivants.

1. Bonne qualité de coupe

En raison du petit point laser, de la densité d'énergie élevée et de la vitesse de coupe rapide, la découpe laser peut obtenir une bonne qualité de coupe.

une. 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 découpées peut atteindre ± 0,05 mm.

b. La surface de coupe est lisse et belle, la rugosité de la surface n'est que de quelques dizaines de microns, et même la découpe au laser peut être utilisée comme dernier processus, sans traitement mécanique, et les pièces peuvent être utilisées directement.

c. Une fois le matériau découpé au laser, la largeur de la zone affectée par la chaleur est très petite, les performances du matériau près de la fente ne sont presque pas affectées et la déformation de la pièce est faible, la précision de coupe est élevée, la géométrie de la fente est bon, et la forme de la section transversale de la fente est un rectangle plus régulier.

2. Efficacité de coupe élevée

En raison des caractéristiques de transmission du laser, la machine de découpe laser est généralement équipée de plusieurs tables de travail CNC et l'ensemble du processus de découpe peut être entièrement contrôlé par CNC. Pendant le fonctionnement, il suffit de changer le programme de commande numérique, il peut être appliqué à la découpe de pièces de formes différentes, à la fois la découpe bidimensionnelle et la découpe tridimensionnelle.

3. Vitesse de coupe rapide

En utilisant un laser d'une puissance de 1200W pour découper une plaque d'acier à faible teneur en carbone de 2mm d'épaisseur, la vitesse de découpe peut atteindre 600cm/min; en coupant un panneau de résine polypropylène de 5 mm d'épaisseur, la vitesse de coupe peut atteindre 1200 cm/min. Le matériau n'a pas besoin d'être serré et fixé pendant la découpe laser, ce qui permet non seulement d'économiser des outils d'outillage, mais également de gagner du temps auxiliaire pour le chargement et le déchargement.

4. Coupe sans contact

Lors de la découpe laser, la torche de découpe n'a aucun contact avec la pièce et il n'y a pas d'usure de l'outil. Pour traiter des pièces de formes différentes, il n'est pas nécessaire de changer "l'outil", il suffit de modifier les paramètres de sortie du laser. Le processus de découpe au laser a un faible bruit, de faibles vibrations et aucune pollution.

5. Il existe de nombreux types de matériaux de coupe

Par rapport à l'oxycoupage et à la découpe plasma, il existe de nombreux types de matériaux de découpe laser, notamment les matériaux composites métalliques, non métalliques, à base de métal et non métalliques, le cuir, le bois et la fibre. Mais pour différents matériaux, en raison de leurs propriétés thermo-physiques différentes et de leurs taux d'absorption différents pour les lasers, ils présentent une adaptabilité différente pour la découpe laser.

Applications

La plupart des découpeurs laser sont contrôlés par des programmes CNC ou transformés en robots de découpe. En tant que méthode de traitement précise, la découpe laser peut découper presque tous les matériaux, y compris la découpe bidimensionnelle ou la découpe tridimensionnelle de fines plaques de métal.

Dans le domaine de la fabrication automobile, la technologie de découpe des courbes spatiales telles que les vitres supérieures des voitures a été largement utilisée. La société allemande Volkswagen utilise un laser d'une puissance de 500 W pour découper des tôles de carrosserie aux formes complexes et diverses pièces incurvées. Dans le domaine aérospatial, la technologie de découpe laser est principalement utilisée pour la découpe de matériaux aéronautiques spéciaux, tels que les alliages de titane, les alliages d'aluminium, les alliages de nickel, les alliages de chrome, l'acier inoxydable, l'oxyde de béryllium, les matériaux composites, les plastiques, la céramique et le quartz. Les pièces aérospatiales traitées par découpe au laser comprennent le tube à flamme du moteur, le boîtier à paroi mince en alliage de titane, le châssis de l'avion, la peau en alliage de titane, la structure d'aile, le panneau d'aile arrière, le rotor principal d'hélicoptère, la tuile d'isolation thermique en céramique de navette spatiale, etc.

La technologie de découpe laser est également largement utilisée dans le domaine des matériaux non métalliques. Non seulement peut couper des matériaux avec une dureté et une fragilité élevées, tels que le nitrure de silicium, la céramique, le quartz, etc. mais peut également couper et traiter des matériaux flexibles, tels que le tissu, le papier, les plaques en plastique, le caoutchouc, etc.>

Tendances

1. La machine de découpe laser poursuivra la révolution des produits d'époque.

La source de lumière laser est le composant central de la découpeuse laser, et également un indicateur important qui détermine le type et la capacité de coupe d'une découpeuse laser. Inutile de dire que les futurs changements dans les coupeurs laser se produiront également dans les sources de lumière laser. Comme mentionné ci-dessus, le remplacement de la machine de découpe laser CO2 par une machine de découpe laser à fibre est la révolution technologique la plus importante au cours des 40 années écoulées depuis la naissance de la découpeuse laser, ce qui a apporté des avantages économiques historiques aux fabricants et aux nouveaux et anciens utilisateurs dans ce domaine. domaine. Alors, à l'avenir, y aura-t-il une nouvelle source de lumière moins chère que les lasers à fibre, avec de meilleures performances, un mode de faisceau plus excellent, un taux de conversion électro-optique plus élevé ou un coût global inférieur ? La réponse est bien sûr oui. Ensuite, demandez quel type de laser ? Bien sûr, il est impossible de donner une réponse précise maintenant. La science et la technologie vacillent parfois, parfois des milliers de kilomètres par jour.

2. Le laser à fibre haute puissance deviendra la force principale sur le marché des machines de découpe laser.

De nos jours, les machines de découpe de fibres optiques de différentes gammes de puissance ont connu un grand développement. Cependant, où est la puissance laser dominante des machines de découpe laser à l'avenir ? Bien que les machines de découpe laser de chaque gamme de puissance aient leur propre utilisation, mais la famille de lasers qui a commencé avec des lasers à fibre haute puissance et a déclenché la révolution technologique mondiale des machines de découpe laser, considère une puissance plus élevée, une précision plus élevée et une capacité de coupe plus élevée comme un des directions de développement importantes de la machine de découpe laser à fibre. STYLECNC a récemment lancé une machine de découpe laser à fibre ultra-rapide de 15 kW, qui a réalisé une percée sans précédent en termes de vitesse de coupe et d'épaisseur de coupe, ce qui a attiré l'attention de l'industrie. Cela contient-il la future tendance de développement des machines de découpe laser ? Il vaut la peine d'attendre avec impatience les experts de l'industrie, les universitaires et les amis utilisateurs. En outre, nous pouvons être sûrs que dans un proche avenir, de nombreux fabricants nationaux et étrangers de machines de découpe laser à fibre inaugureront une concurrence féroce sur le marché. Seules les entreprises avec une excellente qualité de produit, une concentration continue sur l'investissement en R&D et la maîtrise des technologies concurrentielles de base peuvent le faire et être invincibles.

3. L'ère de l'intelligence arrive.

Qu'il s'agisse de l'Industrie 4.0 en Allemagne ou de la fabrication intelligente en Chine, la quatrième révolution industrielle dans le domaine industriel est à venir. En tant que machine de découpe laser CNC de haute précision, la machine de découpe laser suivra sûrement le rythme du temps et volera avec la technologie. Le développement de l'automatisation des machines de découpe laser a considérablement amélioré la capacité de production et le niveau d'automatisation de l'atelier de tôlerie.

À l'avenir, sur cette base, une ère de fabrication intelligente de machines de découpe laser se prépare dans les domaines de la technologie des réseaux, de la technologie de la communication, de la technologie des logiciels informatiques et d'autres domaines. Il est prévisible qu'en tant que moyen de découpe de tôle de précision, il utilisera inévitablement ses propres capacités de communication réseau pour communiquer avec la ligne de déroulage de tôle, la cintreuse, la poinçonneuse CNC, l'unité de soudage (rivetage), la ligne de grenaillage et de revêtement. . D'autres équipements, intégrés dans un plan de production unifié, un système de gestion des tâches et des évaluations, sont devenus une partie importante du système de gestion de l'atelier de tôlerie. En conséquence, les fabricants de machines de découpe laser se transformeront progressivement en entrepreneurs de fabrication de tôles.