Au cours des dernières décennies, avec le développement rapide de la technologie de découpe laser, l’application des machines de découpe laser dans l’industrie manufacturière est devenue de plus en plus répandue. Le traitement de découpe au laser remplace les couteaux mécaniques traditionnels par des faisceaux lumineux invisibles, qui présentent les caractéristiques d'une haute précision, d'une coupe rapide, sans se limiter aux limitations du modèle de coupe, d'une mise en page automatique permettant d'économiser des matériaux, d'une coupe fluide et de faibles coûts de traitement. Il améliorera ou remplacera progressivement les équipements traditionnels de découpe des métaux. Le principe de fonctionnement de la machine de découpe laser fait que la partie mécanique de la lame laser n'a aucun contact avec la pièce et ne provoquera pas de rayures sur la surface de travail pendant le fonctionnement. La vitesse de découpe au laser est rapide, l'incision est lisse et plate et ne nécessite généralement pas de traitement ultérieur. La zone affectée par la chaleur de coupe est petite, la déformation de la plaque est faible et le joint de coupe est étroit. L'incision ne présente aucune contrainte mécanique ni bavure de cisaillement. La machine de découpe laser a une précision d'usinage élevée, une bonne répétabilité et aucun dommage à la surface du matériau. La programmation CNC peut traiter n'importe quel dessin plat et peut couper de grandes planches entières sans avoir besoin de moules, ce qui est économique et permet de gagner du temps.
Étant donné que les machines de découpe laser présentent de nombreux avantages, de plus en plus de personnes souhaitent acheter une machine de découpe laser. Cependant, de nombreuses personnes qui n’ont pas été exposées à l’industrie des équipements laser connaissent encore très mal le principe et la composition des machines de découpe laser. Aujourd'hui, dans cet article, nous allons vulgariser les connaissances pertinentes sur les machines de découpe laser pour tous.
Table des matières
Principe de fonctionnement de la machine de découpe laser
La machine de découpe laser utilise un faisceau focalisé à haute densité de puissance pour fonctionner, permettant au matériau irradié de fondre, de s'évaporer, d'ablate ou de s'enflammer rapidement, et de couper la pièce en soufflant le matériau fondu à travers un flux d'air à grande vitesse coaxial au faisceau.
Lorsque le faisceau laser interagit avec le matériau, plusieurs processus se produisent. La forte chaleur générée par le faisceau laser augmente rapidement la température du matériau, le faisant fondre, s'évaporer ou subir des réactions chimiques. L'interaction spécifique dépend des caractéristiques du matériau, telles que le coefficient d'absorption et le point de fusion, ainsi que des paramètres laser, tels que la densité de puissance et la durée de l'impulsion.
Pour les matériaux à bas point de fusion, tels que les plastiques, le faisceau laser peut faire fondre le matériau lors de la pénétration. Ensuite, le matériau fondu est soufflé par un jet de gaz, formant une coupe (largeur de coupe). Dans le cas de matériaux ayant des points de fusion plus élevés (tels que les métaux), le faisceau laser évapore directement le matériau, formant ainsi une découpe étroite et précise.
La découpe assistée par gaz est couramment utilisée dans la découpe laser pour améliorer le processus de découpe. Des gaz tels que l'oxygène ou l'azote sont soufflés sur la surface du matériau à travers la buse de la tête de coupe. Le gaz aide à éliminer les matériaux fondus ou évaporés de la zone de coupe, refroidit le matériau et prévient l'apparition de bavures ou d'écume. Le choix du gaz dépend du matériau à couper et de la qualité de coupe requise.
La largeur de l'incision ou la largeur de l'incision est déterminée par plusieurs facteurs, notamment la puissance du laser, la taille du point focal, l'épaisseur du matériau et la vitesse de coupe. La largeur de l'incision peut être contrôlée en ajustant ces paramètres pour obtenir la précision de coupe souhaitée. De plus, la découpe laser peut provoquer un phénomène appelé conicité, où la découpe présente une légère conicité. L'angle du cône dépend des propriétés du matériau et des paramètres du laser et peut être minimisé en optimisant les conditions de coupe.
Connaissance de base du laser
Le laser (amplification de rayonnement stimulé) est un appareil qui génère des faisceaux de lumière cohérents. Il se compose de trois composants principaux : le milieu actif, la source d’énergie et le résonateur optique. Le milieu actif peut être un solide, un liquide ou un gaz qui émet des photons lorsqu’il est excité par une source d’énergie. Les résonateurs optiques réfléchissent les photons à travers un milieu actif, amplifiant et alignant les ondes lumineuses. Ce processus conduit à la formation d’un faisceau laser puissant et cohérent.
Types de machines de découpe laser
Il existe plusieurs types de lasers dans les machines de découpe laser, notamment les lasers CO2, les lasers Nd : YAG et les lasers à fibre. Le laser CO2 est le type le plus courant, utilisant un mélange de dioxyde de carbone, d'azote et d'hélium comme milieu actif. Les lasers Nd : YAG utilisent des cristaux à l’état solide, tels que le grenat d’yttrium et d’aluminium dopé au néodyme, comme milieu actif. D'autre part, les lasers à fibre utilisent des fibres dopées avec des éléments de terres rares comme milieu actif. Chaque type de laser a ses performances uniques, adaptées à des applications de découpe spécifiques.
Actuellement, les lasers courants sont les lasers à CO2 et à fibre.
Laser CO2
Le laser CO2 est l’un des types de laser les plus anciens et les plus populaires. Les rejets gazeux ne sont pas entièrement constitués de dioxyde de carbone. Il contient du dioxyde de carbone, de l'azote, de l'hydrogène, du xénon et de l'hélium.
Il existe deux options pour la découpe laser CO2 : en utilisant de l'oxygène ou de l'azote. L’oxygène est préférable pour la découpe laser de matériaux plus épais. L’azote est préféré pour la découpe laser de plaques minces. Utilisez la découpe laser oxygène CO2 pour former une couche d'oxyde sur la surface de coupe. Pour éviter cette situation, des processus de prétraitement tels que le sablage sont effectués sur la pièce. La découpe laser CO2 est couramment utilisée pour découper des matériaux non métalliques, tels que le bois, le plastique, le verre et les textiles. Il est également possible de couper des métaux tels que l'acier à faible teneur en carbone, l'acier inoxydable et l'aluminium avec les bons réglages.
Découpe Laser Fibre
Le principe de fonctionnement de la machine de découpe laser à fibre consiste à utiliser un laser solide pour fondre et pénétrer les métaux, obtenant ainsi une coupe précise et efficace. Le support laser de cette technologie est la fibre plutôt que le gaz ou le cristal. Le laser est un type de lumière concentrée et la fibre optique est un milieu de gain actif qui peut élever le laser à un état de puissance plus élevé.
La découpe laser à fibre est une méthode de découpe thermique qui utilise un faisceau laser focalisé de haute puissance comme source de chaleur principale. Le générateur laser à fibre utilise des composants à fibre optique de haute puissance pour transmettre de puissants faisceaux de lumière. Le faisceau laser est focalisé sur la zone et le matériau fond et s'évapore rapidement. Machine de découpe laser fibre peut couper la plupart des matériaux de différentes épaisseurs selon la fonction de l'équipement.
La machine de découpe laser à fibre est un processus de découpe laser qui utilise un générateur laser optique pour couper des matériaux. Il peut couper divers matériaux avec précision et de haute qualité. Bien que le principe de base de la machine de découpe laser à fibre soit fondamentalement le même que celui des autres machines de découpe laser, la principale différence réside dans la manière dont l'énergie est transmise et concentrée sur la pièce.
Émettez un faisceau de lumière hautement concentré via un générateur laser à fibre. Ensuite, le faisceau laser est guidé vers le matériau à découper en se concentrant sur la lentille. La focalisation du faisceau laser générera une petite et puissante source de chaleur. Après avoir aligné la surface du matériau, celui-ci peut rapidement fondre et évaporer le matériau, obtenant ainsi une coupe de haute précision.
D'autres composants importants de la machine incluent le contrôle de son système logiciel et les composants qui guident et prennent en charge les matériaux de coupe. De plus, les machines de découpe laser fibre peuvent être équipées de nombreuses têtes de découpe de différentes tailles et puissances. En fonction de vos besoins spécifiques et de votre machine de découpe laser personnalisée, elle peut atteindre les performances et les résultats attendus.
Classification de la technologie de découpe laser et du principe de fonctionnement de la machine de découpe laser
Découpe par vaporisation laser
La pièce est chauffée par un faisceau laser à haute densité d'énergie et la température augmente rapidement. Le matériau atteint son point d’ébullition en peu de temps et commence à s’évaporer pour former de la vapeur. Ces vapeurs sont éjectées à grande vitesse et forment des fentes étroites dans le matériau au fur et à mesure de leur éjection. La chaleur d'évaporation des matériaux est généralement élevée, c'est pourquoi la découpe par gazéification laser nécessite une puissance et une densité de puissance plus élevées.
La découpe par vaporisation laser est couramment utilisée pour couper des matériaux métalliques et non métalliques très fins.
Découpe par fusion au laser
Lors de la fusion et de la découpe au laser, le matériau métallique est fondu par chauffage au laser, puis un gaz non oxydant est pulvérisé à travers une buse coaxiale au faisceau de lumière. Le métal liquide est évacué sous la forte pression du gaz pour former une fente. La fusion et la découpe au laser ne nécessitent pas une évaporation complète du métal et l'énergie requise n'est que de 1/10 de celle de la découpe par évaporation.
La découpe par fusion laser est principalement utilisée pour découper certains matériaux non oxydables ou métaux actifs.
Découpe Laser à l'Oxygène
Le principe de la découpe laser à l’oxygène est similaire à celui de la découpe à l’oxygène et à l’acétylène. Il utilise le laser comme source de chaleur de préchauffage et des gaz actifs tels que l'oxygène comme gaz de coupe. Le gaz injecté réagit d’une part avec le métal de coupe, générant une grande quantité de chaleur d’oxydation. D’un autre côté, les oxydes fondus et les matériaux fondus sont expulsés de la zone de réaction, formant des interstices dans le métal. En raison de l'oxydation générée pendant le processus de découpe, une grande quantité de chaleur est générée et l'énergie requise pour la découpe au laser de l'oxygène n'est que la moitié de celle nécessaire à la fusion et à la découpe, tandis que la vitesse de découpe est beaucoup plus rapide que celle de la découpe par vaporisation laser et coupe fondante. La découpe laser à l'oxygène est principalement utilisée par les machines de découpe laser des métaux pour couper des matériaux métalliques facilement oxydés tels que l'acier au carbone, l'acier au titane et l'acier traité thermiquement.
Coupe contrôlée par rupture
La coupe contrôlée par rupture est également connue sous le nom de fissuration sous contrainte thermique. Il convient à la coupe de matériaux fragiles. Lorsqu’une force ou une température incontrôlée est appliquée, les matériaux fragiles se fracturent souvent en fragments. La découpe avec contrôle des fractures concentre un faisceau laser très étroit sur la surface d’une petite pièce. Cela générera un gradient thermique, provoquant l’apparition de fissures dans la pièce à cet endroit. Ensuite, le laser se déplace de manière très rapide et contrôlable pour propager les fissures le long de l’incision.
Lors de la découpe du verre et de la céramique, une découpe à contrôle de fracture est généralement utilisée. Le laser n’a pas complètement pénétré l’épaisseur du matériau. Seule une partie de l’épaisseur a été coupée, tandis que le reste s’est séparé en raison de la rupture.
Coupe invisible
La découpe invisible est une technologie avancée de découpe laser utilisée pour découper des puces semi-conductrices. Il fonctionne en deux étapes : l’étape d’irradiation laser et l’étape d’expansion. Le laser ne fait pas fondre la pièce car il produit un matériau fondu indésirable. Au contraire, l’étape d’irradiation utilise une longueur d’onde laser qui traverse entièrement la pièce.
Cependant, cette longueur d’onde génère des déformations internes et des fissures dans la pièce. Ensuite, l’étape d’expansion génère une contrainte d’expansion sur la pièce. Cette contrainte divise la pièce en plusieurs blocs dans la zone de défaut interne. Le résultat final est une tranche nette et sans résidus.
Évaluation du vecteur
La gravure vectorielle est une technique de découpe laser utilisée pour sculpter des pièces. Le laser ne pénètre pas toute l’épaisseur du matériau. Au contraire, le laser suivra la direction spécifiée par le vecteur.
En défocalisant le faisceau laser, l'épaisseur de la sculpture peut être facilement ajustée. La profondeur de sculpture peut également être ajustée. La sculpture vectorielle peut créer des dessins complexes, simples et droits.
Les machines de découpe laser se composent généralement des composants suivants
- Laser : désigne un générateur laser, une conversion électro-optique et un équipement émettant de l'énergie laser.
- Tête de coupe : comprend des pièces telles que la buse, la lentille de mise au point et le logiciel du système de suivi de la mise au point.
- Composant de transmission de la lumière : cartographie des lentilles réfléchissantes pour fournir l'orientation nécessaire au guidage laser.
- Système CNC : contrôlez la machine-outil pour réaliser le mouvement des axes X, Y et Z, tout en contrôlant également la puissance de sortie du laser.
- Système de réfrigération : un dispositif de refroidissement à circulation utilisé pour refroidir le laser et la tête de découpe, évacuant la chaleur inutile pour maintenir le fonctionnement normal de l'équipement et assurer une qualité de transmission fluide du faisceau.
- Régulateur de tension : stabilise la tension d'alimentation de l'équipement de découpe laser, garantissant un fonctionnement fluide et un effet protecteur.
- Compresseur d'air : lors du découpage de l'air, il fournit un dispositif de source d'air à l'équipement afin de garantir la pression et le débit requis.
- Réservoir de stockage de gaz : comprenant un réservoir de gaz matériel et un réservoir de gaz auxiliaire pendant le fonctionnement de la machine de découpe laser, utilisé pour remplir le gaz chimique provoqué par les fluctuations du laser et fournir du gaz auxiliaire pour les têtes de coupe.
- dispositif de filtrage : utilisé pour fournir du gaz propre et sec au générateur laser et au canal de lumière afin de maintenir le fonctionnement normal du canal et de la lentille réflectrice.
- Équipement de dépoussiérage : extrayez la poussière et la fumée générées pendant la production et le traitement et filtrez-les.
Sur une machine de découpe laser, la tête de découpe laser se déplace sur la plaque métallique selon la forme de la pièce souhaitée, découpant ainsi la pièce de la plaque. Le système de contrôle capacitif de la hauteur maintient une distance très précise entre l'extrémité de la buse et la plaque découpée. Cette distance est importante car elle détermine la position du foyer par rapport à la surface de la plaque. La qualité de la découpe peut être affectée en augmentant ou en abaissant la mise au point depuis le dessus, au niveau ou en dessous de la surface de la tôle.
Le principe de fonctionnement d’une machine de découpe laser est de concentrer le faisceau laser sur une pièce de matériau. La puissance du laser est si élevée que lorsqu'elle est focalisée, elle élève la température du matériau à couper à une température suffisamment élevée, faisant ainsi fondre ou évaporer le matériau dans une petite zone où le faisceau est focalisé. Habituellement, des gaz auxiliaires sont utilisés pour aider à pousser les matériaux en fusion hors de la zone de coupe. Cela est particulièrement vrai pour couper des feuilles épaisses telles que du métal ou du contreplaqué.
Pour découper la forme, déplacez la tête laser et utilisez une forme de portique pour positionner le faisceau sur le nouveau matériau, coupant ainsi une ligne au lieu d'un petit trou d'épingle. Les types de systèmes de mouvement comprennent les crémaillères et pignons, les vis à billes et les moteurs linéaires. Les moteurs linéaires sont les plus chers, mais ils ont la vitesse la plus rapide et la plus grande précision. La crémaillère et le pignon offrent presque la même vitesse et la même précision, mais à un prix inférieur. Certains petits amateurs de laser peuvent également utiliser des courroies de distribution et des moteurs pas à pas pour déplacer leurs têtes laser. Dans tous les cas, un système avec retour d'asservissement et d'encodeur peut grandement améliorer la précision du système de découpe laser, et le cadre rigide peut également être isolé des vibrations.
Pour les opérations de découpe laser, il est important de choisir une longueur d’onde très absorbante du matériau à découper.
Lorsque l’énergie laser est dirigée vers la surface du matériau, celui-ci absorbe tellement d’énergie qu’il chauffe rapidement au-delà de sa température de fusion et atteint sa température de dégradation.
À la température de dégradation, le matériau va se décomposer et se décomposer. Lorsque cette situation se produit, de la fumée se dégage généralement.
Le bord de l’incision peut être chauffé à un niveau inférieur et effectivement fondu et modifié. Cela peut en fait être utilisé comme mécanisme d’étanchéité utile pour les matériaux fibreux, par exemple pour empêcher les fils.
Lorsque la machine de découpe laser fonctionne, il est préférable d'incliner le laser afin que la fumée générée lors du processus de découpe ne s'accumule pas sous forme de suie sur les composants optiques du laser. De plus, lors de la découpe (ou du soudage) de surfaces hautement réfléchissantes, il est important d'empêcher le faisceau laser de se refléter de la surface vers les composants optiques du laser, ce qui pourrait les endommager.
Le processus de travail de la machine de découpe laser CNC
La technologie de traitement laser offre de nombreuses fonctions différentes pour différentes industries. Quelles que soient les caractéristiques de ces machines, leur flux de travail de base est le même. Voici les étapes de travail d'une machine laser CNC :
Charger le code G
Lorsque l'opérateur charge le code G sur le système, la machine commence à fonctionner. Le code G indique le sens de déplacement de la machine de découpe laser.
Génération de faisceau laser
Une fois que la machine commence à fonctionner, le résonateur laser génère un faisceau de lumière. Pour différents types de lasers, le processus de génération laser peut être différent. La couleur du laser peut également être différente. Par exemple, dans un laser CO2, le générateur laser émet une lumière infrarouge. Ce type de faisceau laser est entièrement visible à l’œil humain.
Laser de guidage
Le système directionnel oriente le faisceau laser vers le système de focalisation. Une série de miroirs peut changer de direction. Un dispositif de flexion du faisceau dédié peut également plier le laser généré dans la zone de focalisation.
Mise au point laser
Le système de focalisation réduit la largeur du faisceau laser et augmente sa puissance. Ceci est réalisé à l'aide d'une tête de focalisation laser et d'une lentille de focalisation. Le système de focalisation garantit également que le faisceau laser focalisé est complètement circulaire et exempt de lumière parasite. Le faisceau laser est projeté hors de la machine à travers une buse.
Découpe de matériaux
Le faisceau laser focalisé est guidé vers le matériau de la pièce à usiner. Le point de contact est exposé au faisceau laser pendant une durée suffisante pour faire fondre le matériau. Le temps d'exposition varie en fonction de l'épaisseur et du type de matériau.
Mouvement de la tête de coupe
Le système mécanique déplace la tête laser dans la forme souhaitée selon les instructions du code G. La vitesse de déplacement varie en fonction du travail spécifique.
Conclusion
La technologie de découpe laser CNC est à la pointe de l’industrie manufacturière, offrant une précision, une vitesse et une polyvalence inégalées. Comprendre le principe de fonctionnement de la machine de découpe laser peut aider les utilisateurs à savoir quel type de machine de découpe laser ils doivent acheter. Avec le développement de la technologie, des entreprises comme SC mènent la tendance en proposant des solutions innovantes pour répondre aux besoins en constante évolution de l’industrie. Non seulement nous fournissons un ensemble unique de Machine de découpe laser à fibre de tôle à vendre mais nous pouvons aussi concevoir et produire système de chargement et de déchargement pour machine de découpe laser pour répondre aux exigences d'automatisation des clients. Que vous soyez propriétaire d'une petite entreprise, amateur ou fabricant industriel, investir dans des machines de découpe laser CNC peut changer vos opérations, ouvrant de nouvelles possibilités de conception, de prototypage et de production.
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