Découpe laser : qu’est-ce que c’est et à quoi ça sert ?

Les puzzles en bois 3D et les maisons miniatures de ROBOTIME sont étroitement liés à la découpe laser. Si vous êtes curieux, cet article est un tutoriel amusant et instructif pour en savoir plus sur ce processus.

Qu'est-ce que la découpe laser ?

La découpe laser est une technologie qui utilise un faisceau de lumière appelé laser pour produire des coupes très fines par vaporisation du matériau sur lequel le laser est focalisé.

Ses premières applications ont été observées dans le domaine industriel, mais les avancées technologiques récentes ont permis son utilisation dans les hôpitaux (vous pouvez obtenir plus de détails via « Qu'est-ce que la chirurgie au laser ? »), les tâches architecturales, les entreprises et les écoles.

Son fonctionnement est simple : il consiste à focaliser un puissant faisceau lumineux à l’aide d’optiques et d’un module de « commande numérique par ordinateur (CNC) » sur le matériau à découper.

Parfois, un module de contrôle de mouvement est intégré pour permettre la découpe de motifs complexes sur un matériau donné.

Le matériau traité au laser s'évapore ou est soufflé par un flux d'air sous pression (Oberg Industries, sd). Les méthodes ci-dessus permettent d'obtenir une coupe fine, perceptible par ses bords de haute qualité (Thomas, 2012).

Comment est fabriqué un laser ?

Pour comprendre comment fonctionne cette technologie, il faut d'abord voir cette question. Elle est générée par un laser qui émet un faisceau laser horizontal qui est transformé par un réflecteur total à 45° en un faisceau laser vertical descendant.

Ces faisceaux laser sont focalisés par une lentille et forment une petite tache au point focal.

Lorsque la tache touche le matériau, celui-ci est rapidement chauffé jusqu’à une température de vaporisation où il s’évapore et forme un trou.

Au fur et à mesure que le faisceau se déplace sur le matériau, il est associé à des gaz auxiliaires (tels que le CO2, l'oxygène, l'azote, etc.) pour souffler les scories fondues de sorte que le trou soit formé en continu avec une largeur très étroite (par exemple environ 0,1 mm) de la coupe, complétant ainsi la découpe du matériau.

Il s'agit d'un vlog du phonographe classique ROBOTIME-ROKR LKB01D , à travers lequel vous pouvez comprendre approximativement l'ensemble du processus du phonographe, de la conception au développement, y compris les instructions de découpe laser.

Types courants de lasers

Il existe aujourd'hui plusieurs types de lasers, mais les trois plus courants sont les lasers CO2 , Néodyme (ND) et Néodyme Yttrium-Aluminium-Garnet (Nd:YAG) .

1. Ils sont utilisés dans différents domaines et matériaux. Le laser au néodyme est particulièrement adapté aux matériaux percés qui nécessitent des mouvements répétitifs et une énergie élevée.
2. Le laser Néodyme Yttrium-Aluminium-Grenat est le plus adapté au perçage et à la gravure de haute intensité.
3. Le laser CO2 permet de graver et de percer sur différents matériaux.

Classifications de la découpe laser

La découpe au laser est utilisée dans de nombreux domaines et différentes méthodes sont utilisées pour découper différents matériaux. Les méthodes de découpe au laser les plus courantes sont la vaporisation, la fusion et le soufflage, la fissuration sous contrainte thermique, la découpe furtive et la découpe réactive.

Voici un résumé des méthodes répertoriées.

1. Méthode de découpe par vaporisation

Chauffez les pièces avec un faisceau laser à haute densité énergétique et vaporisez-les en peu de temps, puis formez de la vapeur. Des coupes se forment à la surface du matériau. La chaleur de vaporisation est généralement importante, de sorte qu'une puissance et une densité de puissance considérables sont nécessaires pour la découpe laser à la vapeur.

La vaporisation laser est principalement utilisée pour couper des matériaux métalliques et non métalliques fragiles (tels que le papier, le tissu, le bois, le plastique et le caoutchouc).

2. Méthode de fusion et de soufflage

Dans la découpe par fusion laser, le matériau métallique est fondu par chauffage laser et la buse souffle des gaz non oxydants (Ar, He, N, etc.), en s'appuyant sur la pression solide des gaz pour expulser le métal liquide et former la découpe. L'énergie requise n'est que de 1/10 de celle de la découpe à la vapeur.

La découpe par fusion laser est principalement utilisée pour les matériaux qui ne s'oxydent pas facilement ou les métaux réactifs, tels que l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et ses alliages.

3. Fissuration sous contrainte thermique

Plus le matériau est fragile, plus il est susceptible aux fractures d'origine thermique.

La fissuration sous contrainte thermique s'appuie sur cette caractéristique, ce qui la rend efficace pour les matériaux fragiles. La méthode consiste à focaliser un faisceau lumineux sur une surface, ce qui entraîne un échauffement localisé. Ce changement localisé de température entraîne une dilatation qui provoque une fissuration uniforme.

La fissuration dépend du laser et est généralement mesurée en vitesse m/s, unité SI. Cette méthode est très efficace pour couper du verre et de la céramique légère.

4. Coupe réactive

Également appelé découpage au chalumeau, il utilise le laser comme source de chaleur de préchauffage et un gaz actif tel que l'oxygène pour couper le gaz. D'une part, le gaz soufflé agit avec le métal de coupe et une réaction d'oxydation se produit, libérant une grande quantité de chaleur d'oxydation ; d'autre part, les oxydes fondus et les matières fondues sont soufflés hors de la zone de réaction, tandis que la vitesse de coupe est bien supérieure à celle de la découpe au laser à vapeur et de la découpe par fusion.

La découpe laser à l'oxygène est principalement utilisée pour l'acier au carbone, l'acier au titane, l'acier traité thermiquement et d'autres matériaux métalliques facilement oxydables.

5. Découpage furtif

Il s'agit d'une méthode qui utilise le laser Néodyme-Yttrium-Aluminium-Grenat pour découper des plaquettes de silicium. Il est principalement utilisé pour découper le silicium, car la longueur d'onde de 1064 nm est bien adaptée à la bande interdite électronique du silicium de 1117 nm.

Caractéristiques de la découpe laser

1. Comme mentionné précédemment, la découpe au laser présente une très grande précision. Il est possible de réaliser une découpe fine et étroite avec des côtés de coupe parallèles. La précision du matériau découpé peut atteindre ± 0,05 mm .
2. Une machine de découpe laser contient généralement plusieurs tables CNC et l'ensemble du processus de découpe peut être contrôlé par CNC. Il vous suffit de modifier le programme CNC pour découper différentes formes de matériaux.
3. Le processus de découpe laser est peu bruyant et ne pollue pas l'environnement .
4. Le laser peut couper divers matériaux , notamment le métal, le non-métal, les composites à base de métal et non-métal, le cuir, le bois, les fibres, etc.

Applications de la découpe laser

La découpe laser a une large gamme d'applications, en plus du domaine de la fabrication industrielle initiale et d'autres domaines.

Dans l'industrie automobile, la plupart des pièces doivent être reproduites rapidement et avec précision. Rien n'est plus adapté que la découpe au laser. En outre, la découpe au laser est également utilisée pour les vitres supérieures des automobiles, comme par exemple chez Volkswagen, qui utilise un laser d'une puissance de 500 W pour découper des panneaux de carrosserie minces aux formes complexes et diverses pièces courbes.

Dans l' industrie aérospatiale , les pièces aérospatiales découpées au laser comprennent les barils de flamme de moteur, les châssis à parois minces en titane, les cadres d'avion, les revêtements en titane, les fermes d'aile, les dérives, les rotors principaux d'hélicoptère, les tuiles d'isolation en céramique de navette spatiale, etc.

Dans le secteur médical , les chirurgiens utilisent des machines de découpe laser pour réaliser des opérations chirurgicales de haute précision sur des parties délicates du corps, comme les yeux.

Dans l’ industrie des puces électroniques , la découpe laser est utilisée pour fabriquer de petites pièces en silicium précises pour les puces semi-conductrices.

Dans l' industrie de la bijouterie , la capacité de la découpe laser à réaliser de minuscules coupes a réduit le gaspillage de matériaux de fabrication de bijoux et ainsi augmenté la rentabilité.

Dans l' industrie des puzzles 3D en bois et autres jouets , comme ROBOTIME. Nous utilisons des machines de découpe laser pour construire des modèles. ROBOTIME utilise la technologie de découpe laser CO2 , qui contrôle l'erreur à 0,05 mm près et reproduit avec précision tous les détails du modèle.

L'avantage le plus important est que les puzzles en bois peuvent être assemblés sans colle. Si la précision d'un découpeur laser est inférieure aux tolérances requises des pièces, le puzzle résultant nécessitera soit une force excessive ou un ponçage pour l'assemblage, soit sera trop lâche pour rester ensemble sans colle.

Pourquoi parler de ça ?

Tout d'abord, les produits ROBOTIME sont étroitement liés à la découpe laser, et nous souhaitons le dire à nos utilisateurs à travers cet article. Grâce à la découpe laser, nous pouvons garantir la qualité de nos produits.

Dans le même temps, nous faisons de notre mieux pour protéger l’environnement, quelles que soient les capacités matérielles et les procédés.

Dernière pensée

La découpe au laser est largement utilisée dans nos vies, et nous ne pouvons nous empêcher de nous émerveiller devant les changements et l'aide que la technologie a apportés à la vie. Dans le même temps, les machines de découpe laser peuvent devenir de plus en plus populaires dans le monde miniature, ce qui rend la vie des gens plus excitante. En tant qu'amateur d'artisanat dans le monde miniature, il est important de connaître l'histoire derrière les puzzles 3D.