Facteurs essentiels influençant la qualité de découpe laser pour une précision optimale

La machine de découpe laser s'est rapidement développée et appliquée dans l'industrie du traitement des métaux ces dernières années. Elle présente de nombreux avantages : vitesse de coupe rapide, largeur de coupe étroite, large applicabilité, haute précision. Cependant, les exigences de qualité de coupe augmentent avec le développement de la production et l'application de nouveaux procédés. Cela impose des exigences plus élevées pour la qualité des machines de découpe laser CNC.

Le processus de découpe d'une machine laser métal CNC est complexe avec de nombreux facteurs influents. Un contrôle inadéquat affecte grandement la qualité et la précision, entraînant des résultats insatisfaisants. Il est donc nécessaire d'étudier et d'analyser systématiquement les facteurs affectant la qualité de coupe pour obtenir de meilleurs résultats.

Cet article liste les critères d'évaluation et les facteurs impactant la qualité de coupe d'une machine laser métal CNC. Il propose aussi plusieurs solutions simples mais utiles pour améliorer certains défauts.

Critères d'évaluation de la qualité de coupe laser

Rugosité

Des lignes verticales apparaissent sur la section de coupe laser. La profondeur de ces lignes détermine la rugosité de la surface coupée. Plus les lignes sont peu profondes, plus la surface est lisse, ce qui signifie de meilleurs résultats de coupe.

Bavures

Le gaz auxiliaire souffle les scories après que la machine a traversé le métal. Cependant, en pratique, certaines scories forment des bavures après refroidissement et restent accrochées au bas de la pièce. Cela peut résulter de nombreux facteurs : plaques épaisses, pression d'air insuffisante, vitesses d'avance mal adaptées, etc. Des bavures excessives indiquent une mauvaise qualité de coupe.

Perpendicularité

La perpendicularité peut être négligée pour les tôles minces. Mais elle devient cruciale quand l'épaisseur dépasse 10 mm. Le faisceau laser diverge en s'éloignant du foyer. La coupe s'élargit vers le haut ou le bas selon la position du foyer. Cela fait dévier le bord de coupe de la ligne verticale de quelques centièmes de millimètre. Plus le bord est vertical, plus la qualité de coupe de la machine laser fibre est élevée.

Largeur de coupe

Généralement, la largeur de coupe n'affecte pas la qualité. Elle compte seulement quand un contour particulièrement précis est formé à l'intérieur de la pièce, car elle détermine le petit diamètre intérieur du contour. Quand l'épaisseur de la tôle augmente, la largeur de coupe augmente aussi. Il faut donc assurer la stabilité de la pièce dans la zone de traitement.

Lignes (stries)

En coupant des plaques épaisses à haute vitesse, le métal fondu n'apparaît pas dans la coupe sous le faisceau vertical, mais gicle à l'arrière du faisceau. Des lignes courbes se forment sur le bord de coupe, suivant le faisceau en mouvement. On peut ralentir l'avance à la fin de la coupe pour corriger ce problème.

Facteurs affectant la qualité de coupe

Point 1 : Impact de la puissance de sortie laser sur la qualité

Pour les lasers à onde continue, la valeur et le mode de puissance ont un impact important. On règle souvent la puissance maximale pour obtenir une vitesse plus élevée ou couper plus épais. Mais ce n'est pas toujours le bon choix.

Parfois, le mode de faisceau (distribution de l'énergie sur la section) compte beaucoup. Le mode change légèrement quand on augmente la puissance. On trouve souvent que la densité de puissance la plus élevée et la meilleure qualité de coupe apparaissent au foyer avec une puissance inférieure au maximum.

1. Si la puissance est trop faible : chaleur insuffisante, température du produit fondu plus basse vers le bord inférieur. Le flux d'air haute pression n'évacue pas bien les scories, qui collent au bord de coupe.
2. Si la puissance est trop forte : apport de chaleur excessif. La zone fondue dépasse ce que le flux d'air peut évacuer. Une partie du métal fondu reste sur la tôle, causant une surchauffe (overburning).

Il faut donc prêter une attention particulière à la puissance laser selon vos conditions de coupe spécifiques.

Point 2 : Impact de la position du foyer sur la qualité

Le choix de la distance focale de la lentille est également crucial.

Après focalisation, la taille du spot est proportionnelle à la distance focale. Un focal court donne un spot petit, une densité de puissance élevée au foyer, très bénéfique pour la coupe. Mais sa profondeur de champ est très courte, avec un petit réglage. Il convient donc à la coupe rapide de matériaux minces.

Inversement, une lentille à longue focale a une grande profondeur de champ. La machine laser CNC avec lentille à longue focale convient pour couper des pièces épaisses, à condition d'avoir une densité de puissance suffisante.

La position relative du foyer et de la surface de la pièce est particulièrement importante après avoir déterminé la focale.

Le foyer doit être juste sur ou légèrement sous la surface de la pièce dans la plupart des cas, car c'est là que la densité de puissance est la plus élevée.

Maintenir constante la position relative foyer/pièce est une condition importante pour obtenir une qualité de coupe stable. Parfois, la focale peut changer à cause d'un mauvais refroidissement de la lentille. Il faut alors ajuster la position du foyer.

On obtient la fente la plus étroite, le rendement le plus élevé et la meilleure qualité quand le foyer est au bon endroit.

Dans la plupart des cas, le foyer de la machine laser CNC est réglé juste sous la buse. La distance entre la buse et la surface est d'environ 1,5 mm.

Point 3 : Impact de la vitesse de coupe sur la qualité

La vitesse de coupe d'une découpeuse laser fibre suit une formule empirique pour une puissance laser et un matériau donnés. Tant qu'elle est au-dessus du seuil, la vitesse est proportionnelle à la puissance laser. Augmenter la puissance (dans une certaine plage) augmente la vitesse. La puissance ici concerne non seulement la puissance de sortie mais aussi le mode de qualité du faisceau. La taille du spot après focalisation a aussi une grande influence.

La vitesse est proportionnelle à la densité et l'épaisseur du matériau. On peut l'augmenter en : augmentant la puissance laser (dans une plage), améliorant le mode de faisceau, réduisant la taille du spot, ou coupant des matériaux plus fins.

La vitesse peut avoir une plage de réglage relative avec une qualité satisfaisante sous variables de processus constantes. Cette plage est légèrement plus large pour les métaux minces. Parfois, une vitesse trop lente cause l'ablation du matériau fondu sur la surface, laissant des bords rugueux.

Point 4 : Impact du gaz auxiliaire sur la qualité

La découpe de tôles métal au laser nécessite généralement des gaz auxiliaires. Cela concerne le type et la pression du gaz. Habituellement, le gaz est éjecté coaxialement avec le faisceau. Il protège la lentille de la contamination et souffle les scories au fond de la zone de coupe.

La plupart des opérations de découpe laser métal utilisent des gaz actifs (principalement O2) pour produire une réaction d'oxydation avec le métal chauffé. La chaleur supplémentaire peut améliorer la vitesse de coupe de 1/3 à 1/2.

Il faut fournir un gaz haute pression pour couper une tôle fine, évitant que les scories ne collent au dos de la fente et n'endommagent les bords. Pour les tôles épaisses ou à basse vitesse, il faut réduire la pression.

La pratique montre qu'avec O2, sa pureté a un impact significatif. Si la pureté d'O2 diminue de 2 %, la vitesse de coupe baisse de 50 %, et la qualité se dégrade.

Conseils pour améliorer la qualité de coupe

Vous pouvez rencontrer divers problèmes : bords rugueux, bavures, déformation, échec de coupe traversante, changement de couleur, etc. Chaque problème nécessite de vérifier les paramètres ou conditions de la machine.

Pour les quatre problèmes suivants, vérifiez d'abord votre machine selon les méthodes données. Si le problème persiste, contactez le fournisseur ou des professionnels.

Réduire les bavures

Vérifiez la sortie laser : spot rond ? Spot coaxial avec le centre de la buse ?
Vérifiez s'il y a des corps étrangers sur le système optique : particules fines, poussière, scories sur la lentille. Vérifiez les microfissures. Tout cela affecte la transmission de la puissance.
Envisagez de changer les paramètres de coupe ou la pureté du gaz si les problèmes ci-dessus sont résolus. Trouvez les paramètres appropriés par des essais multiples.

Éviter la déformation

La zone autour de la coupe chauffe, la structure du métal change (certains métaux durcissent après coupe laser). Toute bosse ou corrosion a un effet néfaste sur les bords. La pièce se déforme si elle chauffe brutalement.
Pour éviter la déformation : contrôlez la puissance laser ou utilisez une impulsion laser courte pour réduire l'échauffement. C'est crucial en usinage fin où les contours et ailes sont très étroits.

Résoudre l'échec de coupe traversante

• Ralentissez la vitesse de coupe.
• Nettoyez la lentille réfléchissante contaminée, remplacez la lentille de focalisation.
• Réajustez le chemin optique, ajustez le foyer jusqu'à ce que le spot soit concentrique avec le centre de la buse.
• Pour cuivre et aluminium : polissez la surface à l'avance pour gérer la haute réflectivité.
• Nettoyez les débris dans la buse. Ajustez la pression de gaz. Remplacez l'eau distillée du système de refroidissement.

Résoudre le changement de couleur

Le changement de couleur près de la coupe est dû à l'oxydation du matériau à haute température. L'acier inoxydable, résistant à la chaleur et isolant thermique (mauvaise conductivité), accumule de la chaleur près de la coupe. L'oxydation à haute température dans l'air crée différentes couleurs selon la profondeur d'oxydation.

Vitesse lente, foyer mal réglé, pureté du gaz peuvent aussi causer des changements de couleur.

Méthodes pour réduire le changement de couleur :

1. Refroidir le matériau s'il est trop chaud.
2. Augmenter l'avance.
3. Tester avec le localisateur et ajuster le foyer.
4. Augmenter la pression du gaz auxiliaire.
5. Utiliser de l'azote (N2) de haute qualité et pureté.

Recommandation de machines de découpe laser

J'ai parlé des modèles Blue Elephant dans un article précédent. Voici les best-sellers :

Machine de découpe laser tôle à plateau ouvert

Hormis la machine dédiée aux tubes, toutes les autres machines laser CNC peuvent couper des tôles. La plus populaire est la machine à plateau ouvert (flatbed).

De nombreuses tailles de table : 1515x3030 mm, 1515x4040 mm, 1515x6050 mm, 2020x4040 mm, 2020x6050 mm. Personnalisation possible : puissance/marque laser, type/marque tête laser, marque moteur, méthode de focalisation, etc.

La taille 1530 (1515x3000 mm) est la plus populaire : relativement bon marché et répond à la plupart des besoins. Beaucoup d'ateliers l'utilisent pour couper portes, fenêtres, clôtures métalliques.

Machine laser fibre double usage tôles et tubes

Combine deux fonctions en une machine. Moitié pour tôles, moitié pour tubes. Utilise des mandrins pneumatiques doubles pour tenir et faire tourner les tubes solidement.

Machine de découpe laser fibre de précision

Grand carter mais taille de travail relativement petite. Coupe de tôles métalliques avec une précision extrême. Principalement pour tôles minces.

Cinq modèles : 6060, 9060, 9090, 1390, 1313 (tailles de table : 605x605 mm, 905x605 mm, etc.).

Conclusion

Cet article décrit les 4 facteurs majeurs affectant la qualité de coupe d'une découpeuse laser fibre : puissance et mode laser, position du foyer, vitesse de coupe, gaz auxiliaire. D'autres facteurs existent : taux de réflexion, état de surface du matériau, diamètre de buse, distance buse-pièce, chemins optiques optionnels.

Résumé des facteurs :

Facteurs affectant la qualité de découpe laser
Facteurs majeurs	Puissance et mode laser
	Position du foyer
	Vitesse de coupe
	Gaz auxiliaire
Autres facteurs	État du matériau Buse Système optique etc.

En résumé, la puissance et le mode laser, la position du foyer, la vitesse de coupe et la pression du gaz auxiliaire sont les 4 variables les plus importantes. Si vous constatez une détérioration évidente de la qualité, vérifiez ces 4 facteurs en premier et ajustez si anomalie.

Des problèmes peuvent survenir inévitablement malgré la qualité de la machine. Si vous rencontrez un problème avec nos machines, contactez-moi immédiatement. Nous ferons de notre mieux pour fournir des solutions rapides.