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Comment une machine de découpe laser à fibre coupe-t-elle des matériaux réfléchissants

Dans la production industrielle, les matériaux hautement réfléchissants courants tels que le cuivre et l'aluminium nécessitent un traitement fréquent, mais pour de nombreux fabricants d'équipements de découpe laser à fibre, le processus de découpe de matériaux hautement réfléchissants est souvent difficile et à résoudre. De nombreux fabricants de tôles se renseignent souvent sur la capacité des machines de découpe laser à fibre à découper des matériaux hautement réfléchissants tels que l'aluminium et le cuivre. Cet article explorera la manière dont les machines de découpe laser à fibre traitent ces matériaux réfléchissants et présentera certaines technologies avancées et meilleures pratiques.

Qu'est-ce qu'une machine de découpe laser

Une machine de découpe laser est un appareil mécanique qui utilise un faisceau laser pour la découpe. La machine de découpe laser focalise le faisceau laser en un faisceau à haute densité de puissance et l'irradie sur la surface de la pièce, ce qui amène le matériau à atteindre son point de fusion ou d'ébullition. Dans le même temps, un gaz à haute pression est utilisé pour souffler le métal fondu ou vaporisé, formant ainsi un joint de coupe et atteignant l'objectif de découpe.

Caractéristiques et application

Machines de découpe laser présentent les caractéristiques suivantes :

Haute précision : le diamètre du faisceau laser est très petit, la précision de coupe est élevée et l'incision est lisse.
Vitesse rapide : la découpe laser a une vitesse rapide et une efficacité élevée.
Pas limité aux modèles : Pas limité aux modèles de coupe traditionnels, il peut automatiquement disposer et enregistrer les matériaux.
Petite zone affectée thermiquement : Pendant le processus de découpe, la déformation de la planche est faible et le joint de découpe est étroit.
Aucune contrainte mécanique : L’incision ne présente aucune contrainte mécanique et aucune bavure de cisaillement.
Faible coût de traitement : adapté à la production à grande échelle, avec un faible coût de traitement.
Les machines de découpe laser sont principalement utilisées pour la découpe de matériaux métalliques et non métalliques, particulièrement adaptées à l'usinage de précision et aux environnements de production à forte demande.

Comprendre les matériaux métalliques réfléchissants

Pourquoi la découpe laser de métaux hautement réfléchissants est-elle un défi ?

Les matériaux métalliques hautement réfléchissants comprennent l'or, l'argent, le cuivre et l'aluminium. Ces matériaux ont une réflectivité très élevée et sont couramment utilisés dans les applications qui nécessitent une réflectivité élevée. Ces matériaux ont une réflectivité élevée et peuvent provoquer la réflexion du faisceau vers la source laser pendant la découpe au laser, ce qui peut endommager l'équipement. De plus, les matériaux réfléchissants peuvent également affecter l'efficacité et la qualité de la découpe.

Que sont les matériaux métalliques à haute réflectivité ?

La réflectivité de l'or, de l'argent et du cuivre est très élevée, en particulier celle du cuivre, qui a une réflectivité allant jusqu'à 95% pour les lasers d'une longueur d'onde de 1064 nm. Ces matériaux sont couramment utilisés pour fabriquer des composants optiques tels que des miroirs car ils ont la réflectivité de miroir la plus élevée. De plus, après un traitement de noircissement, l'acier peut également absorber plus de 80% de puissance laser, ce qui indique que le traitement de surface du matériau a un impact significatif sur sa réflectivité.

Les matériaux métalliques hautement réfléchissants ont une large gamme d'applications dans divers domaines. Par exemple, dans des domaines tels que l'éclairage, l'imagerie, l'aérospatiale et l'armée, les matériaux hautement réfléchissants peuvent améliorer la résolution et la qualité d'imagerie des systèmes optiques. Les matériaux hautement réfléchissants peuvent également obtenir des effets optiques idéaux dans les bâtiments, l'éclairage routier et les feux de circulation. En outre, des revêtements hautement réfléchissants sont également appliqués aux buses des moteurs d'avion et aux antennes satellites pour améliorer l'efficacité du rayonnement thermique infrarouge et renforcer les performances de furtivité.

Cuivre : Le cuivre présente une conductivité thermique et une réflectivité extrêmement élevées, ce qui rend difficile la concentration de l'énergie laser dans la zone de découpe. Le cuivre présente un faible taux d'absorption des faisceaux laser, généralement inférieur à 30%, ce qui équivaut à 70% du laser réfléchi. Cela entraîne non seulement une perte et un gaspillage d'énergie, mais endommage également facilement les composants tels que les têtes de traitement, les lentilles et les générateurs laser.
Laiton : Le laiton est un alliage principalement composé de cuivre et de zinc, mais en raison de sa teneur en zinc, il dégage une fumée toxique lors de la découpe et nécessite un traitement spécial. Le laiton est un matériau métallique hautement réfléchissant avec un taux d'absorption extrêmement faible pour les lasers à longueur d'onde ordinaire. Il présente également une bonne conductivité thermique. La chaleur absorbée se propage rapidement dans la zone environnante de la zone de traitement, affectant la qualité du traitement.
Acier inoxydable : bien que l'acier inoxydable ait une réflectivité inférieure à celle de l'aluminium et du cuivre, il présente des propriétés réfléchissantes après polissage. Sa surface lisse et sa couche d'oxyde peuvent rendre la coupe plus difficile et facilement entraîner des problèmes tels que des brûlures de tôle.
Aluminium : En raison de sa réflectivité et de sa conductivité thermique élevées, l'aluminium est difficile à traiter lors de la découpe au laser. L'aluminium pur est plus difficile à couper que les métaux à base de fer en raison de son point de fusion bas et de sa conductivité thermique élevée. Le revêtement ou l'alliage peuvent améliorer l'efficacité, l'efficience et la sécurité de la découpe.

Les défis de la découpe de matériaux réfléchissants

Défi 1 : Réflexion du faisceau

Les matériaux réfléchissants tels que l'aluminium et l'acier inoxydable ont une réflectivité élevée. Ils renvoient une partie du faisceau laser vers la source laser, ce qui non seulement réduit l'efficacité de la découpe, mais endommage également le générateur laser, en particulier la lentille laser et le système réflecteur.

Solution

Choisissez une machine de découpe laser à fibre équipée d'un système d'autoprotection. Lorsqu'une réflexion du faisceau laser est détectée, la source laser peut être automatiquement éteinte pour éviter d'endommager l'équipement. Par rapport aux machines de découpe laser CO2, les machines de découpe laser à fibre utilisent des fibres optiques pour transmettre les faisceaux laser, réduisant ainsi les systèmes de réflexion complexes et diminuant ainsi le risque de réflexion du faisceau.
Couvrez la surface du matériau réfléchissant avec un revêtement spécial. Ces revêtements peuvent absorber les rayons laser et réduire les réflexions des rayons laser.

Défi 2 : Qualité de la découpe laser

En raison de leur réflectivité élevée, les matériaux métalliques réfléchissants peuvent dans une certaine mesure affecter la précision et la qualité de la coupe.

Solution

Utiliser des gaz auxiliaires et des paramètres de coupe appropriés pendant le processus de coupe.
Choisissez une machine de découpe laser à fibre de haute précision pour améliorer la précision et la qualité de la découpe en contrôlant précisément la mise au point et le chemin de mouvement du faisceau laser.

Défi 3 : Dissipation de la chaleur

Les matériaux à haute conductivité thermique, tels que le cuivre, dissipent rapidement la chaleur pendant la découpe au laser, ce qui rend difficile la concentration de l'énergie laser dans la zone de découpe, ce qui entraîne une profondeur de coupe insuffisante ou une vitesse de coupe réduite.

Solution

Optimisez les paramètres de découpe laser, tels que l'augmentation de la puissance laser, la réduction de la vitesse de découpe, etc., pour garantir qu'une énergie laser suffisante est concentrée dans la zone de découpe.

Pour la découpe, utilisez des gaz auxiliaires (azote, argon, etc.). Ces gaz peuvent non seulement aider à évacuer le métal en fusion, mais aussi réduire dans une certaine mesure la conduction thermique.

Préchauffez le matériau avant la découpe pour réduire sa conductivité thermique et minimiser les pertes de chaleur, ce qui facilite la concentration de l'énergie laser dans la zone de découpe et améliore l'efficacité de la découpe.

Utilisation de la technologie laser à impulsions courtes ou ultra courtes pour réduire l’accumulation de chaleur et améliorer la qualité de coupe.

Défi 4 : Oxydation et pollution de surface

L'aluminium et d'autres matériaux sont sujets à l'oxydation pour former des composés tels que l'oxyde d'aluminium, qui peuvent adhérer à la surface du matériau et au tranchant, affectant l'effet de coupe.

Solution

Prétraitez le matériau avant la coupe pour éliminer les oxydes et les impuretés de surface afin d’améliorer l’efficacité de la coupe.

Lors du processus de découpe, des gaz inertes (tels que l'azote) sont utilisés comme gaz protecteurs pour réduire l'apparition de réactions d'oxydation.

Choisissez des paramètres de coupe et des méthodes de traitement avec des propriétés antioxydantes, telles que la découpe laser pulsée.

Technologie de découpe de matériaux métalliques réfléchissants

Gaz auxiliaire

Oxygène : Lors de la découpe de l'acier et d'autres métaux, l'oxygène peut être utilisé comme gaz auxiliaire pour augmenter la vitesse de coupe. L'oxygène réagit chimiquement avec les métaux à haute température, produisant un effet d'oxydation exothermique qui accélère encore le processus de découpe du matériau.
Azote : L'azote est très utile pour couper des matériaux facilement oxydables tels que l'aluminium. Il peut empêcher l'oxydation du matériau pendant le processus de coupe, en maintenant la douceur et la précision du tranchant. De plus, l'azote peut également réduire l'émission de fumée et de gaz nocifs pendant le processus de coupe.
Gaz argon : Le gaz argon est adapté à la découpe de matériaux tels que le laiton. Il présente une bonne inertie et peut protéger le matériau de l'oxydation pendant le processus de découpe. Parallèlement, le gaz argon peut également réduire la génération de fumée et de gaz nocifs pendant le processus de découpe, améliorant ainsi l'environnement de travail.

Le gaz auxiliaire améliore sans aucun doute l’effet de coupe.

Grâce à la réaction chimique entre le gaz auxiliaire et le matériau métallique, il améliore la capacité de coupe.

Aide l'équipement à souffler les scories de la zone de coupe pour nettoyer la fente.

Refroidit la zone autour de la coupe et protège la lentille de mise au point.

Lors de la découpe laser du cuivre, l'introduction d'un gaz auxiliaire réagit avec le métal à haute température pour améliorer la vitesse et l'efficacité de la découpe. L'utilisation d'O₂ peut faciliter la combustion et améliorer l'efficacité. En ce qui concerne les équipements de découpe laser, le N₂ est un gaz auxiliaire courant pour améliorer l'effet de découpe. Bien entendu, pour les plaques de cuivre inférieures à 1 mm, aucun gaz auxiliaire n'est nécessaire pour la découpe et le traitement. Mais lorsque l'épaisseur du cuivre atteint 2 mm, le N₂ ne peut plus obtenir l'effet de traitement attendu. Dans ce cas, l'oxygène doit être utilisé pour oxyder le cuivre pour une découpe en douceur.

Solution antireflet

Revêtement protecteur : le prérevêtement d'une couche de revêtement antireflet sur la surface des matériaux hautement réfléchissants peut réduire considérablement la réflectivité du faisceau laser, ce qui permet d'absorber davantage d'énergie laser par le matériau, améliorant ainsi l'efficacité et l'efficience de la découpe. Ce revêtement doit avoir de bonnes performances, telles qu'une résistance aux températures élevées et à la corrosion, pour assurer la stabilité pendant le processus de découpe au laser.

Découpe de faisceau : la technologie de découpe de faisceau interrompt le trajet optique du faisceau laser avant qu'il ne soit réfléchi vers la source laser, évitant ainsi efficacement les dommages causés au générateur laser par la lumière réfléchie. En installant un piège à faisceau, la lumière réfléchie peut être capturée pour garantir que l'énergie laser agit principalement sur le matériau, réduisant ainsi les dommages causés par la réflexion sur l'équipement.

Générateur laser haute puissance

Lors du processus de découpe de matériaux hautement réfléchissants, la technique de perçage est cruciale. Pour maximiser la densité de puissance et accélérer la vitesse de fusion, le point focal doit être positionné aussi près que possible de la surface du matériau. Cela minimise le nombre d'interactions entre le faisceau et la surface du matériau, ce qui permet au faisceau de faire fondre le matériau plus efficacement.

Le cuivre (Cu) et l'argent (Ag) sont des matériaux hautement réactifs aux lasers à fibre 1070 nm, avec des taux d'absorption faibles, bien inférieurs à ceux du fer (Fe) et de l'acier. Cependant, leurs taux d'absorption sont relativement plus élevés pour les lasers à solide. Par conséquent, le choix du bon type de laser peut faciliter la découpe de matériaux hautement réfléchissants.

Amélioration de la puissance de sortie : l'utilisation d'un générateur laser de plus grande puissance est une méthode directe pour traiter des matériaux hautement réfléchissants. Une puissance plus élevée signifie une pénétration plus forte et une profondeur de coupe plus importante, ce qui permet de surmonter plus efficacement la réflectivité du matériau.

Modulation de puissance : en ajustant de manière dynamique la puissance de sortie du laser, un contrôle précis peut être obtenu en fonction de la réflectivité du matériau et des exigences de découpe. Ce réglage garantit que l'énergie laser reste à son état optimal tout au long du processus de découpe, améliorant ainsi la qualité et l'efficacité de la découpe.

Modulation d'impulsions

Impulsion contrôlable : grâce à la technologie d'impulsions contrôlables, un faisceau laser continu peut être divisé en une série d'impulsions courtes et d'impulsions fortes. Ce mode d'impulsion peut réduire l'accumulation de chaleur dans le matériau, empêcher la déformation ou la fusion due à la surchauffe, et ainsi améliorer la précision de coupe et la qualité des bords.

Impulsion courte : les lasers à impulsion courte ont une puissance de crête plus élevée et une durée plus courte, ce qui permet de chauffer et d'évaporer les matériaux plus rapidement et d'obtenir une découpe plus précise. Parallèlement, les impulsions courtes peuvent également réduire la zone affectée par la chaleur et protéger les structures environnantes du matériau contre les dommages.

Technologie avancée de la machine de découpe laser à fibre

Surveillance en temps réel

Contrôle du processus : la technologie de surveillance en temps réel peut obtenir divers paramètres (tels que la température, la vitesse, la puissance, etc.) pendant le processus de coupe en temps réel et les ajuster dynamiquement en fonction des exigences de processus prédéfinies pour garantir la stabilité et la contrôlabilité du processus de coupe.
Assurance qualité : en surveillant l'effet de coupe en temps réel (comme la largeur de la fente, la rugosité, etc.), les éventuels problèmes de qualité peuvent être détectés et corrigés en temps opportun pour garantir la qualité des produits coupés.
La technologie de surveillance en temps réel surveille l'ensemble du processus de découpe grâce à des capteurs et des systèmes de surveillance intégrés aux machines de découpe laser à fibre, garantissant un réglage automatique des paramètres pendant le processus de découpe et garantissant une qualité stable. Cette technologie peut éviter les opérations incorrectes, maintenir la précision de la coupe et améliorer l'efficacité globale de la production.

Optique adaptative

Mise au point automatique : en optimisant le système de mise au point, la technologie optique adaptative peut améliorer considérablement la précision de mise au point et la densité énergétique des faisceaux laser, améliorant ainsi la qualité et l'efficacité de la coupe.
Réglage en temps réel : la technologie optique adaptative peut surveiller l'état de focalisation du faisceau laser en temps réel et effectuer des ajustements en temps réel en fonction des signaux de rétroaction pour garantir que le faisceau laser est toujours dans l'état de focalisation optimal.

Le système optique adaptatif optimise de manière dynamique la focalisation du faisceau laser en ajustant le système optique en temps réel, garantissant une meilleure adaptation aux matériaux d'épaisseurs ou de réflexions différentes pendant le processus de découpe. Ce réglage peut réduire la perte de réflexion du faisceau laser, améliorer la précision et l'efficacité de la découpe.

Mise en forme du faisceau

La technologie de mise en forme du faisceau peut personnaliser le profil du faisceau laser en fonction des différentes exigences de coupe, optimisant ainsi la distribution d'énergie du faisceau laser et améliorant l'efficacité et la qualité de coupe.

Améliorer l'utilisation de l'énergie : la mise en forme des faisceaux laser peut mieux correspondre aux caractéristiques d'absorption des matériaux de coupe, améliorer l'utilisation de l'énergie laser et réduire le gaspillage d'énergie.

La technologie de mise en forme du faisceau permet de personnaliser la forme des faisceaux laser. Le faisceau laser est façonné par des éléments optiques spécifiques (tels que des modeleurs de faisceau, des micro-lentilles, etc.) pour le transformer de la distribution gaussienne d'origine à la forme souhaitée (comme un cercle, un rectangle, un carré, etc.). S'adapte aux différents besoins de découpe. Cette technologie peut améliorer l'efficacité énergétique, en particulier lors du traitement de matériaux hautement réfléchissants, avec des effets significatifs, contribuant à améliorer l'efficacité et la qualité du traitement.

En résumé, en adoptant ces technologies avancées, la machine de découpe laser à fibre peut relever efficacement les défis de découpe des matériaux réfléchissants, améliorer l'efficacité de découpe, la précision et la qualité.

Autres méthodes de coupe

Bien que les machines de découpe laser à fibre offrent de nombreuses solutions pour découper des matériaux réfléchissants avec une grande précision, de nombreux utilisateurs ne souhaitent toujours pas utiliser la machine de découpe laser comme premier choix pour découper ces matériaux. L'utilisation de la machine de découpe laser à fibre pour découper certains matériaux hautement réfléchissants peut entraîner une détérioration du matériau. Dans ce cas, ils choisissent généralement d'utiliser la méthode traditionnelle de découpe de plaques, qui est la cisaille à plaques.

Machines SC a l'automatique cisaille à plaque d'alimentation avant spécialement conçu pour couper de grandes quantités de plaques de cobalt, de nickel et de cuivre.

Conclusion

Dans cet article, nous vous expliquons comment utiliser la découpe laser pour découper des métaux réfléchissants. Les machines de découpe laser sont particulièrement adaptées au traitement de métaux hautement réfléchissants tels que le laiton, l'aluminium et l'argent, avec précision et efficacité. La découpe laser restera le bon choix pour le traitement des métaux hautement réfléchissants et apportera plus de commodité et d'avantages au traitement des métaux dans l'industrie manufacturière.