Top 3 des types de laser pour la découpe industrielle de précision

La découpe laser existe depuis les années 60 mais n'a jamais été aussi pertinente en raison de son usage croissant dans les processus industriels. Ce procédé sans contact utilise un faisceau lumineux constant pour créer chaleur et pression, remodelant/distordant divers matériaux avec précision alors que la tête de découpe se déplace sur la surface. La technologie laser sert une multitude de fonctions : découpe, perçage, gravure selon la puissance du laser, le matériau de base produisant le faisceau et le matériau travaillé. La découpe laser est l'un des principaux procédés pour fabriquer des pièces en tôle.

Chaque laser offre une longueur d'onde continue et peut servir à diverses fins. Il existe 3 types de lasers : CO2 (lasers à gaz), lasers à fibre et Nd:YAG ou Nd:YVO (lasers à cristal de vanadate). Chacun utilise un matériau de base différent pour stimuler le laser, soit électriquement avec un mélange gazeux, soit en le faisant passer à travers des diodes physiques.

Types de lasers pour la découpe

Lasers CO2

Un laser CO2 fait passer l'électricité dans un tube rempli d'un mélange gazeux, produisant des faisceaux lumineux. Les tubes contiennent des miroirs à chaque extrémité. L'un est entièrement réfléchissant, l'autre partiellement, laissant passer une partie de la lumière. Le mélange gazeux est généralement dioxyde de carbone, azote, hydrogène et hélium. Les lasers CO2 produisent une lumière invisible, dans l'infrarouge lointain du spectre.

Les lasers CO2 de plus haute puissance atteignent plusieurs kilowatts pour les machines industrielles, mais ce sont des exceptions. Les lasers CO2 d'usinage typiques ont une puissance de 25 à 100 watts avec une longueur d'onde de 10,6 micromètres.

Ce type de laser est le plus courant pour travailler le bois ou le papier (et leurs dérivés), le polyméthacrylate de méthyle et autres plastiques acryliques. Il est aussi utile pour le cuir, le tissu, le papier peint et produits similaires. Il a aussi été appliqué à la transformation alimentaire (fromage, châtaignes, plantes).

Les lasers CO2 sont généralement meilleurs pour les matériaux non métalliques, bien qu'ils puissent traiter certains métaux. Ils peuvent généralement couper de fines feuilles d'aluminium et autres métaux non ferreux. On peut augmenter la puissance du faisceau CO2 en boostant la teneur en oxygène, mais c'est risqué entre des mains inexpérimentées ou avec une machine inadaptée.

Lasers à fibre

Cette classe de machines fait partie du groupe des lasers à état solide et utilise le laser semence. Ils amplifient le faisceau grâce à des fibres de verre spécialement conçues qui tirent leur énergie de diodes de pompage. Leur longueur d'onde générale est de 1,064 micromètres, produisant un diamètre focal extrêmement petit. Ce sont aussi généralement les dispositifs de découpe laser les plus chers.

Les lasers à fibre sont généralement sans maintenance et ont une longue durée de vie d'au moins 25 000 heures laser. Ils ont donc un cycle de vie bien plus long que les deux autres types et produisent des faisceaux forts et stables. Ils gèrent des intensités 100 fois supérieures aux lasers CO2 pour la même puissance moyenne. Ils peuvent fonctionner en faisceau continu, quasi-continu ou pulsé, offrant différentes fonctionnalités. Un sous-type est le laser MOPA, où les durées d'impulsion sont ajustables, le rendant l'un des lasers les plus flexibles pour de multiples applications.

Les lasers à fibre sont optimalement adaptés au marquage métal par recuit, gravure métal et marquage de thermoplastiques. Ils travaillent métaux, alliages et non-métaux, y compris verre, bois et plastique. Selon la puissance, ils peuvent être très polyvalents. Pour les matériaux minces, ce sont la solution idéale. Moins pour les matériaux de plus de 20 mm, bien qu'une machine plus chère (plus de 6 kW) puisse faire l'affaire.

Lasers Nd:YAG / Nd:YVO

Les procédés de découpe laser à cristal peuvent utiliser du Nd:YAG (grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme), mais utilisent plus couramment du Nd:YVO (orthovanadate d'yttrium dopé au néodyme, YVO4). Ces dispositifs permettent une puissance de découpe extrêmement élevée. L'inconvénient est leur coût élevé, non seulement à l'achat mais aussi par leur durée de vie de 8 000 à 15 000 heures (le Nd:YVO4 ayant généralement une durée plus courte) et le prix élevé des diodes de pompage.

Ces lasers offrent une longueur d'onde de 1,064 micromètres et sont utiles pour une vaste gamme d'applications, du médical et dentaire au militaire et manufacturier. En comparant les deux : le Nd:YVO présente une absorption de pompage et un gain plus élevés, une bande passante plus large, une gamme de longueurs d'onde de pompage plus large, une durée de vie de l'état supérieur plus courte, un indice de réfraction plus élevé et une conductivité thermique plus faible. En fonctionnement continu, le Nd:YVO a une performance globale similaire au Nd:YAG pour les puissances moyennes ou élevées. Cependant, le Nd:YVO ne permet pas d'énergies d'impulsion aussi élevées que le Nd:YAG et sa durée de vie laser est plus courte.

Ils peuvent être utilisés avec métaux (revêtus et non revêtus) et non-métaux, y compris plastiques. Dans certaines conditions, ils peuvent même traiter quelques céramiques. Le cristal Nd:YVO4 a été incorporé avec des cristaux à fort coefficient NLO (LBO, BBO, KTP) pour décaler la fréquence de sortie de l'infrarouge proche vers le vert, le bleu, voire l'UV, offrant de nombreuses fonctions variables.

En raison de tailles similaires, les ions yttrium, gadolinium ou lutécium peuvent être remplacés par des ions de terres rares actifs laser sans affecter fortement la structure de réseau nécessaire pour produire le faisceau. Cela préserve la haute conductivité thermique des matériaux dopés.