Comment fonctionne une machine de découpe laser ?

Un laser est un faisceau de lumière très concentré à une seule longueur d'onde. À chaque longueur d'onde de la lumière, divers matériaux absorbent, réfléchissent et transmettent cette lumière en quantité variable.

Le faisceau laser est une colonne de lumière de très haute intensité, d'une seule longueur d'onde, ou couleur. Dans le cas d'un laser CO2 typique, cette longueur d'onde se situe dans la partie infrarouge du spectre lumineux, elle est donc invisible à l'œil humain. Le faisceau n'a qu'environ 3/4 de pouce de diamètre lorsqu'il se déplace du résonateur laser, qui crée le faisceau, à travers le trajet du faisceau de la machine. Il peut être renvoyé dans différentes directions par un certain nombre de miroirs, ou « cintreuses de faisceau », avant d'être finalement focalisé sur la plaque. Le faisceau laser focalisé traverse l'alésage d'une buse juste avant d'atteindre la plaque. Un gaz comprimé, tel que de l'oxygène ou de l'azote, circule également dans cet alésage de buse.

La densité de puissance élevée entraîne un chauffage rapide, une fusion et une vaporisation partielle ou complète du matériau. Lors de la découpe d'acier doux, la chaleur du faisceau laser est suffisante pour démarrer un processus de combustion « oxy-combustible » typique, et le gaz de découpe laser sera de l'oxygène pur, tout comme une torche oxy-combustible. Lors de la découpe de l'acier inoxydable ou de l'aluminium, le faisceau laser fait simplement fondre le matériau et de l'azote à haute pression est utilisé pour souffler le métal en fusion hors de la saignée.

Sur une machine de découpe laser CNC, la tête de découpe laser est déplacée sur la plaque métallique à la forme de la pièce souhaitée, découpant ainsi la pièce hors de la plaque. Un système de contrôle de hauteur capacitif maintient une distance très précise entre l'extrémité de la buse et la plaque à découper. Cette distance est importante, car elle détermine où se trouve le foyer par rapport à la surface de la plaque. La qualité de coupe peut être affectée en élevant ou en abaissant le point focal juste au-dessus de la surface de la plaque, à la surface ou juste en dessous de la surface.

Une machine de découpe laser fonctionne en concentrant un faisceau de lumière laser sur un morceau de matériau. La lumière laser est si puissante que lorsqu'elle est focalisée, elle élève la température du matériau à couper suffisamment pour fondre ou vaporiser le matériau, dans la petite zone où le faisceau est focalisé. Souvent, un gaz d'assistance est utilisé pour aider à pousser le matériau fondu hors de la zone de coupe. Cela est particulièrement vrai pour couper des métaux ou des feuilles de matériau épaisses comme le contreplaqué.

Pour découper des formes, la tête laser est déplacée, en utilisant une forme de portique pour positionner le faisceau sur le nouveau matériau, provoquant la découpe d'une ligne au lieu d'un petit trou d'épingle. Les types de systèmes de mouvement comprennent la crémaillère et les pignons, les vis à billes et les moteurs linéaires. Les moteurs linéaires sont les plus chers, mais sont les plus rapides et les plus précis. La crémaillère et les pignons offrent presque la même vitesse et la même précision, mais à un prix inférieur. Certains petits lasers amateurs peuvent également utiliser une courroie de distribution et des moteurs pas à pas pour déplacer leur tête laser. Dans tous les cas, un système avec des services et un retour d'encodeur ajoute considérablement à la précision de coupe de la machine, tout comme un cadre rigide, isolé des vibrations.

Pour une opération de découpe laser, il est important de choisir une longueur d'onde très absorbante dans le matériau que vous souhaitez couper.

Comme l'énergie laser est dirigée vers la surface du matériau, le matériau absorbe tellement d'énergie qu'il chauffe rapidement au-delà de sa température de fusion et jusqu'à sa température de dégradation.

A la température de dégradation, le matériau se décompose et se désintègre. Souvent, de la fumée ou des vapeurs sont libérées lorsque cela se produit.

Le bord de la coupe peut être chauffé à un niveau inférieur et en fait fondre et se reformer. Cela peut en fait être utilisé comme une sorte de mécanisme d'étanchéité utile pour les matériaux fibreux, par exemple, pour empêcher le filetage.

Lors de la découpe au laser, il peut être judicieux d'incliner le laser de manière à ce que la fumée du processus de découpe ne s'accumule pas sous forme de suie sur l'optique laser. De plus, lors de la découpe (ou du soudage) de surfaces hautement réfléchissantes, il est important d'empêcher le faisceau laser de se refléter sur la surface et de revenir dans l'optique laser, ce qui peut les endommager.