Comprendre les machines de découpe laser : principe de fonctionnement

Un laser est un faisceau de lumière hautement concentré à une longueur d'onde unique. À chaque longueur d'onde, divers matériaux absorbent, réfléchissent et transmettent cette lumière en quantités variables.

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 nu. Le faisceau ne fait qu'environ 3/4 de pouce de diamètre lorsqu'il voyage depuis le résonateur laser, qui crée le faisceau, à travers le chemin de faisceau de la machine. Il peut être réfléchi dans différentes directions par plusieurs miroirs, ou « déviateurs de faisceau », avant d'être finalement focalisé sur la tôle. Le faisceau laser focalisé passe par l'alésage d'une buse juste avant de frapper la tôle. Un gaz comprimé, tel que l'oxygène ou l'azote, circule également à travers cet alésage.

La haute densité de puissance 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 suffit à démarrer un processus de combustion « oxy-combustible » typique, et le gaz de découpe laser sera de l'oxygène pur, comme un chalumeau oxyacétylénique. Lors de la découpe d'acier inoxydable ou d'aluminium, le faisceau laser fait simplement fondre le matériau, et de l'azote à haute pression est utilisé pour chasser le métal fondu hors de la fente.

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

Une machine de découpe laser fonctionne en focalisant 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 haut pour le faire fondre ou vaporiser, 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. C'est particulièrement vrai pour la découpe de métaux ou de feuilles épaisses comme le contreplaqué.

Pour découper des formes, la tête laser est déplacée, en utilisant une forme de portique pour positionner le faisceau sur du nouveau matériau, causant une ligne à couper au lieu d'un petit trou. Les types de systèmes de mouvement incluent crémaillère et pignon, vis à billes, et moteurs linéaires. Les moteurs linéaires sont les plus chers, mais les plus rapides et précis. Les crémaillères et pignons offrent une vitesse et précision quasi équivalentes, mais à moindre coût. Certains petits lasers amateurs pourraient aussi utiliser des courroies crantées et moteurs pas à pas pour déplacer leur tête laser. Dans tous les cas, un système avec servos et retour d'encodeur ajoute grandement à la précision de coupe, tout comme un châssis rigide isolé des vibrations.

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

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

À la température de dégradation, le matériau se décompose et se désintègre. Souvent, de la fumée ou des fumées sont libérées lors de ce processus.

Le bord de la coupe peut être chauffé à un niveau inférieur et réellement fondre et se reformer. Cela peut en fait être utilisé comme une sorte de mécanisme de scellement utile pour les matériaux fibreux, par exemple, pour prévenir l'effilochage.

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