Définition
Découpe laser Il s'agit d'une méthode de découpe thermique qui utilise un faisceau laser focalisé à haute densité de puissance pour irradier le matériau à découper, ce qui provoque un échauffement rapide du matériau et atteint le point d'inflammation, puis sa fusion, son ablation, sa vaporisation et son évaporation pour former des trous. Au fur et à mesure que le faisceau se déplace sur le matériau, les trous se développent pour former des fentes plus étroites et, en même temps, le matériau fondu est soufflé par un gaz de travail à haute pression pour réaliser une coupe lisse et nette.
Principe
Le laser utilise l'excitation de la substance pour générer un faisceau. Ce faisceau a une température élevée. Lorsqu'il entre en contact avec le matériau, il peut rapidement fondre à la surface du matériau pour former un trou. Selon le mouvement du point d'enregistrement, la découpe est formée. Par rapport à la méthode de découpe traditionnelle, la méthode de découpe a un écart plus petit et peut économiser la majeure partie du matériau. Cependant, l'analyse est définie en fonction de l'effet de découpe. Le matériau découpé selon le laser a un effet de coupe satisfaisant et une grande précision. Ceci est hérité En plus des avantages du laser, il est également inégalé par les méthodes de découpe ordinaires.
Types
La découpe laser se décline en 4 catégories : découpe par vaporisation, découpe par fusion, découpe à l'oxygène, traçage et fracture contrôlée.
1. Découpe par vaporisation laser
En utilisant un faisceau laser à haute densité énergétique pour chauffer la pièce, la température augmente rapidement, atteint le point d'ébullition du matériau en très peu de temps et le matériau commence à se vaporiser pour former de la vapeur. La vitesse d'éjection de ces vapeurs est très grande et en même temps que les vapeurs sont éjectées, une coupure se forme dans le matériau. La chaleur de vaporisation des matériaux est généralement très importante, de sorte que la vaporisation et la découpe au laser nécessitent beaucoup de puissance et de densité de puissance.
La découpe par vaporisation est principalement utilisée pour les matériaux métalliques extrêmement fins et les matériaux non métalliques (tels que le papier, le tissu, le bois, le plastique et le caoutchouc, etc.).
2. Découpe par fusion laser
Lors de la découpe par fusion, le matériau métallique est fondu par chauffage laser, puis le gaz non oxydant (Ar, He, N, etc.) est pulvérisé à travers la buse coaxiale au faisceau, et le métal liquide est évacué par la forte pression du gaz pour former une coupe. La découpe par fusion laser n'a pas besoin de vaporiser complètement le métal, et l'énergie requise n'est que de 1/10 de la découpe par vaporisation.
La découpe par fusion est principalement utilisée pour les matériaux qui ne s'oxydent pas facilement ou les métaux actifs, tels que l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et leurs alliages.
3. Découpe laser à l'oxygène
Le principe de la découpe laser à l'oxygène est similaire à celui de la découpe oxyacétylénique. Il utilise un faisceau laser comme source de chaleur de préchauffage et un gaz actif tel que l'oxygène comme gaz de coupe. D'une part, le gaz soufflé interagit avec le métal de coupe pour provoquer une réaction d'oxydation et émettre une grande quantité de chaleur d'oxydation ; d'autre part, l'oxyde fondu et la masse fondue sont soufflés hors de la zone de réaction pour former une coupe dans le métal. Étant donné que la réaction d'oxydation dans le processus de découpe génère beaucoup de chaleur, l'énergie requise pour la découpe laser à l'oxygène n'est que de 1000 1/2 de la découpe par fusion, et la vitesse de coupe est beaucoup plus rapide que la découpe par vaporisation et la découpe par fusion. La découpe laser à l'oxygène est principalement utilisée pour les matériaux métalliques facilement oxydables tels que l'acier au carbone, l'acier au titane et l'acier traité thermiquement.
4. Gravure au laser et fracture contrôlée
Le traçage au laser utilise un laser à haute densité d'énergie pour balayer la surface du matériau cassant, de sorte que le matériau est chauffé pour évaporer une petite rainure, puis applique une certaine pression, le matériau cassant se fissurera le long de la petite rainure. Les lasers pour le traçage sont généralement à commutation Q et CO2 standard.
Le contrôle des fractures consiste à utiliser la distribution de température abrupte générée par le rainurage laser, qui génère une contrainte thermique locale dans le matériau cassant et brise le matériau le long de la petite rainure.
Fonctionnalité
Par rapport aux autres méthodes de découpe thermique, la découpe laser se caractérise par une vitesse de coupe rapide et une qualité élevée. Les aspects suivants sont résumés plus précisément.
1. Bonne qualité de coupe
En raison de la petite zone de coupe, de la densité énergétique élevée et de la vitesse de coupe rapide, il peut obtenir une qualité de coupe élevée.
a. L'incision de coupe est étroite, les deux côtés de la fente sont parallèles et perpendiculaires à la surface, et la précision dimensionnelle des pièces coupées peut atteindre ±0.05mm.
b. La surface de coupe est lisse et propre, la rugosité de la surface n'est que de quelques dizaines de microns, sans traitement mécanique, et les pièces peuvent être utilisées directement.
c. Une fois le matériau découpé au laser, la largeur de la zone affectée par la chaleur est très petite, les performances du matériau à proximité de la fente ne sont presque pas affectées et la déformation de la pièce est faible, la précision de coupe est élevée, la géométrie de la fente est bonne et la forme de la section transversale de la fente est un rectangle plus régulier.
2. Efficacité de coupe élevée
En raison des caractéristiques de transmission, la découpeuse laser est généralement équipée de plusieurs tables de travail CNC et l'ensemble du processus de découpe peut être entièrement contrôlé par CNC. Pendant le fonctionnement, il suffit de modifier le programme de commande numérique, il peut être appliqué à la découpe de pièces de différentes formes, à la fois en découpe bidimensionnelle et en découpe tridimensionnelle.
3. Vitesse de coupe rapide
En utilisant un laser d'une puissance de 1200W couper un 2mm plaque d'acier épaisse à faible teneur en carbone, la vitesse de coupe peut atteindre 600 cm/min ; coupe d'un 5mm Panneau de résine de polypropylène épais, la vitesse de coupe peut atteindre 1200 cm/min. Le matériau n'a pas besoin d'être serré et fixé pendant la coupe, ce qui peut non seulement économiser les fixations d'outillage, mais également économiser du temps auxiliaire pour le chargement et le déchargement.
4. Coupe sans contact
Le chalumeau de découpe n'entre pas en contact avec la pièce et il n'y a pas d'usure de l'outil. Pour le traitement de pièces de formes différentes, il n'est pas nécessaire de changer « l'outil », il suffit de modifier les paramètres de sortie du laser. Le processus de découpe est peu bruyant, peu vibratoire et sans pollution.
5. Il existe de nombreux types de matériaux de coupe
Par rapport à la découpe oxyacétylénique et à la découpe plasma, il existe de nombreux types de matériaux découpables au laser, notamment les métaux, les matériaux non métalliques, les matériaux composites à base de métal et non métalliques, le cuir, le bois et les fibres. Cependant, en raison de leurs différentes propriétés thermophysiques et de leurs différents taux d'absorption pour les lasers, les matériaux présentent une adaptabilité différente pour la découpe laser.
Applications
La plupart des découpeuses laser sont commandées par des programmes CNC ou transformées en robots de découpe. En tant que méthode de traitement précise, le laser peut découper presque tous les matériaux, y compris la découpe bidimensionnelle ou tridimensionnelle de plaques métalliques fines.
Dans le domaine de la construction automobile, la technologie de découpe de courbes spatiales telles que les vitres de toit de voiture est largement utilisée. L'entreprise allemande Volkswagen utilise un laser d'une puissance de 500W pour couper des tôles de carrosserie de formes complexes et diverses pièces courbes. Dans le domaine aérospatial, la technologie laser est utilisée pour couper des matériaux aéronautiques spéciaux, tels que les alliages de titane, les alliages d'aluminium, les alliages de nickel, les alliages de chrome, l'acier inoxydable, l'oxyde de béryllium, les matériaux composites, les plastiques, la céramique et le quartz. Les pièces aérospatiales découpées au laser comprennent le tube à flamme de moteur, le boîtier à paroi mince en alliage de titane, le châssis d'avion, la peau en alliage de titane, la ferme d'aile, le panneau d'aile arrière, le rotor principal d'hélicoptère, la tuile d'isolation thermique en céramique de navette spatiale, etc.
La technologie de découpe laser est également utilisée dans le domaine des matériaux non métalliques. Elle permet non seulement de découper des matériaux à haute dureté et fragilité, tels que le nitrure de silicium, la céramique, le quartz, etc., mais aussi de découper et de traiter des matériaux flexibles, tels que le tissu, le papier, les plaques de plastique, le caoutchouc, etc. La découpe de vêtements au laser permet d'économiser 10 % à 12 % de vêtements et d'améliorer l'efficacité de plus de 3 fois.
Tendances
1. La machine de découpe laser poursuivra la révolution des produits révolutionnaires.
La source laser est le composant principal du cutter et constitue également un indicateur important qui détermine le type et la capacité de coupe d'un cutter laser. Il va sans dire que les changements futurs dans les cutters laser se produiront également dans les sources laser. Comme mentionné ci-dessus, le remplacement de CO2 Machine de découpe au laser La découpe au laser à fibre est la révolution technologique la plus importante depuis la naissance de la découpe au laser il y a 40 ans, qui a apporté des avantages économiques révolutionnaires aux fabricants et aux utilisateurs nouveaux et anciens dans ce domaine. Alors, à l'avenir, y aura-t-il une nouvelle source lumineuse moins chère que les lasers à fibre, avec de meilleures performances, un mode de faisceau plus excellent, un taux de conversion électro-optique plus élevé ou un coût global inférieur ? La réponse est bien sûr oui. Alors, demandez-vous, quel type de laser ? Bien sûr, il est impossible de donner une réponse précise maintenant. La science et la technologie vacillent parfois, parfois des milliers de kilomètres par jour.
2. Le laser à fibre haute puissance deviendra la force principale du marché de la découpe laser.
De nos jours, les machines de découpe de fibres optiques de différentes puissances ont connu un développement considérable. Cependant, où se situe la puissance dominante des machines de découpe laser à l'avenir ? Bien que les machines de chaque gamme de puissance aient leur propre utilisation, la famille de lasers qui a commencé avec les lasers à fibre haute puissance et a déclenché la révolution mondiale de la technologie laser, considère une puissance plus élevée, une précision plus élevée et une plus grande capacité de découpe comme l'une des directions de développement importantes de la découpe laser à fibre. STYLECNC a récemment lancé un 15KW ultra-rapide Fibre machine de découpe au laser, qui a réalisé une percée sans précédent en termes de vitesse de coupe et d'épaisseur de coupe, ce qui a attiré l'attention de l'industrie. Cela contient-il la tendance future du développement des découpeurs laser ? Cela vaut la peine d'attendre les experts de l'industrie, les universitaires et les amis utilisateurs. En outre, nous pouvons être sûrs que dans un avenir proche, de nombreux fabricants nationaux et étrangers de découpeurs laser à fibre inaugureront une concurrence féroce sur le marché. Seules les entreprises avec une excellente qualité de produit, une concentration continue sur l'investissement en R&D et la maîtrise des technologies de base compétitives peuvent le faire et être invincibles.
3. L’ère du renseignement arrive.
Qu'il s'agisse de l'Industrie 4.0 en Allemagne ou de la fabrication intelligente en Chine, la 4e révolution industrielle dans le domaine industriel est en marche. Machine de découpe laser CNC, la découpeuse laser suivra sûrement le rythme du temps et volera avec la technologie. Le développement de l'automatisation de la découpeuse laser a considérablement amélioré la capacité de production et le niveau d'automatisation de l'atelier de tôlerie.
À l'avenir, sur cette base, une ère de fabrication intelligente de découpeuses laser se prépare dans les domaines de la technologie des réseaux, de la technologie des communications, de la technologie des logiciels informatiques et d'autres domaines. Il est prévisible qu'en tant que moyen de découpage de tôle de précision, il utilisera inévitablement ses propres capacités de communication réseau pour communiquer avec la ligne de déroulage de tôle, la plieuse, la poinçonneuse CNC, l'unité de soudage (rivetage) et la ligne de grenaillage et de revêtement de l'usine. D'autres équipements, intégrés dans un système unifié de planification de production, de gestion des tâches et d'évaluation, sont devenus une partie importante du système de gestion de l'atelier de tôlerie. En conséquence, les fabricants de laser se transformeront progressivement en sous-traitants de fabrication de tôles.
