Qu'est-ce que la découpe laser ?

À une certaine époque, les lasers n'étaient rien de plus que des rêves de science-fiction. Au cours des 60 dernières années, nous sommes passés des canons à rayons cosmiques imaginaires à l'exploitation stratégique de la puissance de la lumière. Aujourd'hui, les lasers sont partout, dans les équipements chirurgicaux subtils, les lecteurs de supports optiques et dans la force brute des lasers pour la fabrication. Ce qu'ils ont tous en commun, c'est la capacité de faire leur travail avec une précision incroyable, guidé par une main ferme ou une application contrôlée par ordinateur.

Nous utilisons des machines de découpe laser CO2 et fibre pour produire des pièces en tôle. La technologie joue un rôle essentiel dans nos capacités de tôlerie à rotation rapide.

Qu'est-ce qu'un LASER ?

LASER est l'abréviation de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Essentiellement, les lasers fonctionnent en excitant les atomes de certains éléments dans un environnement contrôlé. Les électrons de ces atomes changent de position dans leur orbite autour du noyau vers un chemin plus énergétique et lorsqu'ils reviennent à leur position "d'origine", ils libèrent un flux d'énergie lumineuse cohérente, ce qui signifie que la lumière est de la même longueur d'onde et est entièrement en phase. L'énergie est constituée de photons, qui sont guidés à travers une lentille. Là, ils se concentrent en un seul flux et leur pouvoir est considérable.

Deux choses affectent la capacité de coupe d'un laser :la puissance du laser (mesurée en kilowatts ou kW) et sa capacité à focaliser son faisceau de la manière la plus compacte possible. Pour les concepteurs, il est essentiel de savoir que le laser, comme tout instrument de coupe, a une largeur, appelée trait de coupe laser . Bien qu'il soit important de le compenser, le trait de scie est beaucoup plus petit par rapport aux autres processus de coupe.

Comparaison des lasers pour la fabrication

Deux types de lasers dominent le secteur manufacturier, le dioxyde de carbone (CO₂ ) et fibre (également connu sous le nom de laser à solide ). Bien que les deux aient été inventés à peu près à la même époque (1963/64), le CO₂ est utilisé depuis plus longtemps dans des applications commerciales. La fibre n'est vraiment arrivée sur la scène manufacturière qu'au début des années 1980.

"Les lasers sont l'une des principales raisons pour lesquelles nous pouvons transformer des pièces en quelques jours, au lieu de semaines", a déclaré Phil Dunbar, superviseur de la fabrication pour Protolabs dans le New Hampshire. "Les coupes qu'ils créent sont incroyablement précises et ne nécessitent pas beaucoup d'ébavurage, voire aucun. Bien que les poinçonneuses soient toujours des outils importants, elles ne peuvent tout simplement pas atteindre cette précision. »

En comparant les deux, la fibre ouvre généralement la voie, mais le choix de celle à utiliser est souvent basé sur le type et l'épaisseur du matériau que vous coupez. La fibre est plus rapide sur les métaux plus fins. Son faisceau plus focalisé aide également ces lasers à couper plus rapidement à travers des matériaux hautement réfléchissants. Contrairement au CO₂ lasers, les lasers à fibre n'ont pas de pièces mobiles ni de miroirs susceptibles de se détraquer, ce qui réduit les coûts de maintenance. Mieux encore, les lasers à fibre consomment moins d'électricité pour la même puissance de coupe.

On pourrait penser que la décision d'utiliser la fibre serait un slam dunk, mais il y a des domaines dans lesquels le CO₂ impressionne toujours, comme la vitesse des coupes droites et, pour l'instant, les matériaux d'une épaisseur supérieure à 0,2 po (5 mm). Cela dit, les lasers à fibre deviennent de plus en plus puissants, donc même ces différences deviennent moins importantes.

Une poinçonneuse (illustrée ci-dessus), bien qu'elle ne soit pas aussi précise que la découpe au laser, est une solution évolutive pour les gros tirages de pièces en tôle.

Alternatives à la découpe laser

Avec toute leur puissance et leur vitesse, on pourrait penser que les lasers sont la seule voie à suivre, mais il existe d'autres concurrents puissants.

Fraisage : L'utilisation d'une fraise en bout pour couper semble une sorte de vieille école, mais elle est précise à moins de 0,0003 po (0,00762 mm) et est raisonnablement rapide. Ce qu'il y a de mieux, ce sont les fraises en bout de haute qualité créées et la possibilité de travailler avec des supports 3D. Un inconvénient du fraisage est que la configuration et la programmation prennent du temps.

Jet d'eau : Combinez de l'eau avec une poudre abrasive, tirez-la avec une buse en utilisant une pression ridiculement élevée et vous obtenez une découpe au jet d'eau. C'est aussi précis que le fraisage, mais la qualité des bords est quelque peu sacrifiée en raison de la distorsion du jet d'eau lorsqu'il coupe le métal.

Électroérosion à fil : Dans l'usinage par électroérosion par fil (EDM), l'électricité passe à travers un fil fin et chargé (généralement du cuivre ou du laiton), ce qui provoque la formation d'une étincelle entre celui-ci et le matériau que vous coupez. Le circuit est complété par un autre fil sur le côté opposé de votre métal. L'étincelle pénètre dans le métal, le coupant avec précision, et ce deuxième fil complète le circuit. L'ensemble du processus se trouve dans de l'eau diélectrique, un type d'eau qui ne conduit pas l'électricité, il sert donc à refroidir la surface de coupe tout en limitant le chemin du flux électrique entre le fil et le métal. C'est un processus lent, mais ce qui lui manque en vitesse, il le compense avec une précision de 0,0001 po (0,00254 mm). Une limitation importante :l'électroérosion par fil nécessite que le métal à partir duquel votre pièce est fabriquée soit conducteur d'électricité, sinon il ne la coupera pas.

Punch Press : Ce processus fait exactement ce que vous pensez. Une presse perfore votre métal pour créer la forme souhaitée. Certains sacrifices avec ce processus sont la précision et la qualité des bords. Votre pièce aura certainement besoin d'être ébavurée. Vous ne pouvez pas non plus l'utiliser si vos métaux sont cassants ou durcis car la pièce se cassera dans la presse. Du côté positif, même s'il faut du temps pour configurer et programmer une poinçonneuse, une fois que vous l'avez cloué, il est facile de fabriquer plusieurs pièces.

Service de découpe laser pour pièces en tôle

Les technologies de fabrication analogiques et numériques ont fusionné sous la forme de machines laser/poinçonneuses. Celles-ci combinent la découpe précise et puissante d'un laser à fibre avec des options d'outillage standard et des géométries mieux gérées par une poinçonneuse. Des éléments tels que des persiennes, des brides, etc. peuvent être créés rapidement avec des bords découpés au laser et sans bavure à l'aide d'un seul outil pour la découpe et le formage.

L'ajout de lasers dans la fabrication a ajouté un moyen sûr, rapide et précis de couper les tôles. La puissance du laser combinée à sa capacité à passer en douceur de la force brute de la coupe en lignes droites à la précision subtile de la création de courbes douces, en fait un outil indispensable dans la boîte à outils d'un machiniste et une aubaine pour les concepteurs de pièces complexes.

Chez Protolabs, notre service de tôlerie est conçu pour la rapidité. En fonction de la géométrie et des matériaux de la pièce, les pièces seront découpées à l'aide d'une poinçonneuse, d'un laser à fibre ou de CO₂ laser. Pour les pièces plus simples, une poinçonneuse est généralement la solution la plus efficace et la plus économique. Les composants en tôle avec des caractéristiques plus fines et plus complexes seront découpés avec un laser CNC. Un laser à fibre est utilisé pour couper des matériaux plus fins et plus réfléchissants et un CO₂ Le laser est mieux adapté aux matériaux de calibre plus épais lorsque plus de puissance est nécessaire.