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

Actuellement, la machine de découpe laser est la machine de découpe de métal la plus populaire dans l’industrie des machines de formage de tôle. Avec la percée technologique des machines de découpe laser à fibre en Chine à partir de 2010, le prix des machines de découpe laser a considérablement diminué et de plus en plus de clients choisissent d'acheter une machine de découpe laser au lieu d'autres machines de découpe de métal traditionnelles, telles que la machine de découpe plasma, cisaille à plaques et machine de découpe au jet d'eau, etc.

Brève introduction à la machine de découpe laser

Une machine de découpe laser concentre le laser émis par le laser en un faisceau laser à haute densité de puissance via un système de chemin optique. Le faisceau laser irradie la surface de la pièce, la faisant atteindre son point de fusion ou d'ébullition, tandis que le gaz à haute pression coaxial au faisceau chasse le métal fondu ou vaporisé.

Lorsque le faisceau de lumière se déplace par rapport à la pièce à usiner, il forme finalement une couture de coupe dans le matériau, atteignant ainsi l'objectif de coupe.

Le traitement de découpe au laser remplace les lames mécaniques traditionnelles par des faisceaux de lumière invisibles. Il présente 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.

Principales caractéristiques des machines de découpe laser

La partie mécanique de la lame laser n'entre pas en contact avec la pièce, elle ne provoquera donc pas de rayures sur la surface de la pièce 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 (0,1 mm ~ 0,3 mm).
L'incision ne présente aucune contrainte mécanique ni bavure de cisaillement.
Haute précision d'usinage, bonne répétabilité et aucun dommage à la surface du matériau.
La programmation CNC peut traiter n'importe quel dessin plat et couper de grandes planches entières sans avoir besoin de moules, ce qui est économique et permet de gagner du temps.

Principe de la machine de découpe laser

Le laser est un type de lumière qui, comme toute autre lumière naturelle, est généré par la transition d'atomes (molécules ou ions, etc.). Mais elle diffère de la lumière ordinaire dans la mesure où le laser ne repose que sur une émission spontanée pendant une très courte période de temps et que le processus ultérieur est entièrement déterminé par le rayonnement d'excitation. Par conséquent, le laser a une couleur très pure, presque aucune directionnalité divergente, une intensité lumineuse extrêmement élevée et une cohérence élevée.

La découpe laser est réalisée en utilisant l'énergie à haute densité de puissance générée par la focalisation laser. Sous le contrôle d'un ordinateur, le laser est déchargé par impulsions pour produire un laser pulsé haute fréquence répétitif contrôlé, formant un faisceau de lumière avec une certaine fréquence et largeur d'impulsion. Le faisceau laser pulsé est transmis et réfléchi par le chemin optique et focalisé sur la surface de l'objet traité à travers un groupe de lentilles de focalisation, formant ainsi de fins points lumineux à haute densité d'énergie. Les points focaux sont situés près de la surface à traiter et font fondre ou vaporiser le matériau traité à haute température en un instant. Chaque impulsion laser à haute énergie pulvérise instantanément un petit trou sur la surface de l'objet. Sous contrôle informatique, la tête de traitement laser et le matériau traité se déplacent continuellement l'un par rapport à l'autre selon la forme pré-dessinée, donnant ainsi à l'objet la forme souhaitée.

Les paramètres du processus (vitesse de coupe, puissance du laser, pression du gaz, etc.) et la trajectoire du mouvement pendant la coupe sont contrôlés par le système CNC, et les scories au point de coupe sont soufflées par un gaz auxiliaire à une certaine pression.

Pièce de composition de machine de découpe laser

Le système de machine de découpe laser se compose généralement d'un générateur laser, de composants (externes) de transmission de faisceau, d'un établi (machine-outil), d'une armoire de commande numérique à micro-ordinateur, d'un refroidisseur et d'un ordinateur (matériel et logiciel).

1) Partie hôte de la machine-outil : la partie machine-outil de la machine de découpe laser, qui est la partie mécanique qui réalise le mouvement des axes X, Y et Z, y compris la plate-forme de travail de découpe. Utilisé pour placer la pièce coupée et la déplacer correctement et avec précision selon le programme de contrôle, généralement entraîné par un servomoteur.

2) Générateur laser : un appareil qui génère une source de lumière laser. Pour l'utilisation de la découpe laser, à l'exception de quelques occasions où des lasers à solide YAG sont utilisés, la grande majorité utilise des lasers à gaz CO2 avec une efficacité de conversion électro-optique élevée et la capacité de produire une puissance élevée avant 2010. En raison des exigences élevées Pour la qualité du faisceau lors de la découpe laser, tous les lasers ne peuvent pas être utilisés pour la découpe. Le mode gaussien convient aux lasers CO2 inférieurs à 1 500 W, aux lasers CO2 en mode faible ordre entre 100 W et 3 000 W et aux lasers CO2 multimodes supérieurs à 3 000 W. Cependant, après 2010, depuis le développement des lasers à fibre en Chine, machine de découpe laser C02 progressivement remplacée par Fmachine de découpe laser iber. Actuellement, la machine de découpe laser à fibre est devenue le choix dominant sur le marché du laser.

3) Chemin optique externe : un miroir réfringent utilisé pour guider le laser dans la direction souhaitée. Pour garantir que le trajet du faisceau ne fonctionne pas mal, tous les miroirs doivent être protégés par des couvercles de protection et un gaz de protection propre à pression positive doit être introduit pour protéger les lentilles de la contamination. Un ensemble de lentilles hautes performances focalisera un faisceau de lumière sans angle de divergence dans un point infiniment petit. Généralement, un objectif d'une distance focale de 5,0 pouces est utilisé. Les objectifs de 7,5 pouces ne sont utilisés que pour les matériaux > 12 mm d'épaisseur.

4) Système CNC : contrôle la machine-outil pour réaliser le mouvement des axes X, Y et Z, tout en contrôlant également la puissance de sortie du laser.

5) Alimentation stabilisée : connectée entre le laser, la machine-outil CNC et le système d’alimentation. Sert principalement à éviter les interférences des réseaux électriques externes.

6) Tête de coupe : comprend principalement des composants tels que la cavité, le siège de la lentille de focalisation, le miroir de focalisation, le capteur capacitif et la buse de gaz auxiliaire. Le dispositif d'entraînement de la tête de coupe est utilisé pour amener la tête de coupe à se déplacer le long de la direction de l'axe Z selon le programme, et est composé de servomoteurs et de composants de transmission tels que des vis ou des engrenages.

7) Console d'opération : utilisée pour contrôler le processus de travail de l'ensemble du dispositif de coupe.

8) Unité de refroidissement : utilisée pour refroidir le générateur laser. Un laser est un appareil qui convertit l'énergie électrique en énergie lumineuse. Par exemple, un laser à gaz CO2 a généralement un taux de conversion de 20%, et l'énergie restante est convertie en chaleur. L'eau de refroidissement évacue l'excès de chaleur pour maintenir le fonctionnement normal du générateur laser. L'unité de refroidissement refroidit également le réflecteur de chemin de lumière externe et le miroir de focalisation de la machine-outil pour garantir une qualité de transmission de faisceau stable et empêcher efficacement la déformation ou l'explosion causée par une température élevée de la lentille.

9) Bouteille de gaz : y compris la bouteille de gaz de fluide de travail et la bouteille de gaz auxiliaire de la machine de découpe laser, utilisées pour compléter le gaz industriel pour les vibrations laser et le gaz auxiliaire pour l'alimentation des têtes de coupe.

10) Compresseurs d'air et réservoirs de stockage : fournissent et stockent de l'air comprimé.

11) Sécheur et filtre à refroidissement par air : utilisés pour fournir de l'air propre et sec au générateur laser et au trajet du faisceau afin de maintenir le fonctionnement normal du trajet et du réflecteur.

12) Collecteur de poussière d'échappement : extrayez la fumée et la poussière générées pendant le traitement et filtrez-les pour garantir que les émissions de gaz d'échappement répondent aux normes de protection de l'environnement.

13) Machine d'élimination des scories : élimine les restes de matériaux et les déchets générés pendant le traitement.

Générateur laser

Laser à gaz CO2

Depuis l’introduction de la technologie laser pour la découpe de tôles, les lasers CO2 ont dominé le marché de 1995 à 2005. Les sources de lumière laser CO2 nécessitent beaucoup d'énergie pour exciter les molécules d'azote et entrer en collision avec les molécules de CO2 (gaz laser), les incitant à émettre des photons, formant finalement un faisceau laser capable de couper les métaux. L’activité moléculaire à l’intérieur de la cavité résonante libère à la fois de la lumière et de la chaleur, ce qui nécessite un système de refroidissement pour refroidir le gaz laser. Cela signifie que davantage d’énergie doit être consommée pendant le processus de refroidissement, ce qui réduit encore davantage l’efficacité énergétique.

Laser à fibre

À partir de 2010, la technologie du laser à fibre a connu une percée et le laser à fibre a commencé à dominer le marché de la découpe laser. Les machines utilisant des lasers à fibre ont un encombrement réduit et le volume de la source laser et du système de refroidissement est également plus petit ; Il n’y a pas de gazoduc laser et il n’est pas nécessaire d’ajuster les lentilles. Les sources laser à fibre d'une puissance de 2 kW ou 3 kW ne nécessitent que 50% de la consommation d'énergie des sources laser CO2 de 4 kW ou 6 kW pour atteindre les mêmes performances, avec une vitesse plus rapide, une consommation d'énergie inférieure et moins d'impact sur l'environnement. Actuellement, de plus en plus d'usines de machines de découpe laser lancent un niveau de 10 000 watts machine de découpe laser à fibre de feuille, qui peut remplacer une machine de découpe plasma ou une machine de découpe à la flamme.

Le laser à fibre utilise des diodes à semi-conducteurs pour pomper les molécules à l’intérieur de la fibre dopée à l’ytterbium à double gaine. La lumière émise stimulée traverse le noyau de la fibre plusieurs fois, puis forme une sortie laser à travers la fibre de transmission vers la tête de focalisation de coupe. Étant donné que toutes les collisions entre molécules se produisent à l’intérieur de la fibre, aucun gaz laser n’est nécessaire, ce qui entraîne une réduction significative de l’énergie requise – environ un tiers de celle d’un laser CO2. En raison de la moindre production de chaleur, le volume du refroidisseur peut être réduit en conséquence. En résumé, à performances égales, la consommation énergétique globale des lasers à fibre est 70% inférieure à celle des lasers CO2.

Perspectives du marché des machines de découpe laser

Les perspectives du marché des machines de découpe laser sont larges, principalement en raison des facteurs suivants :

Demande des consommateurs et développement technologique dans l'industrie manufacturière : Avec le développement de technologies telles que l'Industrie 4.0 et l'intelligence artificielle, les machines de découpe laser réaliseront des opérations d'automatisation et de traitement numérique, améliorant ainsi l'efficacité et la précision du traitement.
Innovation dans la technologie des sources de lumière laser : la vitesse de découpe et le coût des machines de découpe laser seront améliorés, et le développement rapide des lasers à fibre industriels et des lasers à disque entraînera des changements technologiques.
Large champ d'application : la machine de découpe laser convient à la découpe de divers matériaux, y compris les matériaux métalliques et non métalliques, et est largement utilisée dans les domaines de l'automobile, de l'aérospatiale, des communications électroniques, de l'informatique et d'autres domaines.
4. Attentes futures du marché : on s'attend à ce que la taille du marché mondial des machines de découpe laser atteigne 10 milliards de dollars américains d'ici 2025, la taille du marché chinois atteignant 4 milliards de dollars américains, et la demande du marché continuera de maintenir une croissance rapide.

En résumé, les perspectives de marché des machines de découpe laser sont très larges, avec de larges perspectives d'application, et deviendront l'une des technologies clés de la future ère de fabrication intelligente.

Applications industrielles

L'application des machines de découpe laser des métaux est très étendue, couvrant de nombreuses industries et constitue l'un des équipements essentiels pour de nombreuses entreprises. Parmi eux figurent la production de panneaux publicitaires (principalement des logos en acier inoxydable et la découpe d'identification), le traitement de la tôle (le traitement de la tôle comprend essentiellement tous les matériaux métalliques, qui incluent généralement le pliage, le polissage, etc., et la découpe est l'un des processus les plus importants. ), La production de châssis et d'armoires (implique généralement de l'acier au carbone ou de l'acier inoxydable, et implique principalement deux processus de découpe : le pliage et la découpe), des plaques à ressort (qui appartiennent au processus d'usinage de précision), des pièces de métro, des boîtiers d'ascenseur, des boîtiers d'équipements mécaniques , et des ustensiles de cuisine (principalement en acier inoxydable). Largement utilisé dans le traitement de la tôle, la production de signalisation publicitaire, la production d'armoires électriques haute et basse tension, les pièces mécaniques, les ustensiles de cuisine, les automobiles, les machines, l'artisanat en métal, les lames de scie, les pièces électriques, l'industrie du verre, les lames à ressort, les circuits imprimés, les bouilloires électriques, le secteur médical. microélectronique, quincaillerie, couteaux et outils de mesure, et autres industries.

L'application de la technologie de traitement laser dans l'industrie de la publicité comprend principalement deux méthodes de travail : la découpe laser et la gravure laser.

Gravure Laser

Gravure laser : réalisée principalement à la surface des objets, divisée en deux types : gravure bitmap et gravure vectorielle :

Gravure bitmap : Nous accrochons d’abord les graphiques que nous devons sculpter dans Photoshop et les convertissons au format BMP monochrome. Ensuite, nous ouvrons le fichier graphique dans un logiciel dédié de gravure et découpe laser. En fonction des matériaux que nous traitons, nous pouvons définir les paramètres appropriés, puis cliquer sur Exécuter. La machine de gravure laser sculptera selon l'effet matriciel généré par le fichier graphique.

Gravure vectorielle : utilisez des logiciels vectoriels tels que Coreldraw, AutoCad, Illustrator, etc. pour la conception de la mise en page, et exportez les graphiques aux formats PLT, DXF, AI, machines de marquage, puis utilisez un logiciel spécialisé de découpe et de gravure laser pour ouvrir le fichier graphique et transférez-le à la machine de gravure laser pour le traitement.

Dans l'industrie de la publicité, il convient principalement au traitement de matériaux tels que les planches de bois, les planches bicolores, le verre organique et le papier coloré.

Découpe au laser

Découpe laser : On peut la comprendre comme la séparation des bords. À ces fins de traitement, nous devons d'abord convertir les graphiques en lignes vectorielles dans CORELDRAW et AUTOCAD, utiliser des machines de marquage pneumatiques, puis les enregistrer aux formats PLT et DXF correspondants. Ouvrez le fichier à l'aide du logiciel d'exploitation de la machine de découpe laser, définissez les paramètres d'énergie et de vitesse en fonction du matériau que nous traitons, puis exécutez-le. Après avoir reçu les instructions de l'ordinateur, la machine de découpe laser découpera automatiquement en fonction de la trajectoire de vol générée par le logiciel. Par exemple, les machines de découpe laser existantes peuvent découper automatiquement des motifs en dessinant des modèles sur un ordinateur et en les saisissant directement dans l'ordinateur. Les machines de découpe laser existantes disposent généralement de leurs propres disques durs pouvant saisir des sources de données massives.

La machine de découpe laser comprend 3 types principaux. Machine de découpe laser de feuilles est utilisé pour couper les plaques de tôle. Machine de découpe laser de tubes est la machine de découpe laser professionnelle qui coupe les tubes et les tuyaux. Machine de découpe laser de tôles et de tubes combine les deux types de fonctions ci-dessus, qui peuvent à la fois couper la tôle et les tuyaux sur une seule machine.