Découpe laser en ligne

La facilité croissante d'accès aux services de découpe laser en ligne et aux machines de découpe laser a permis à des entités, depuis les amateurs de garage jusqu'aux entreprises de fabrication établies de longue date, de prendre conscience de ses avantages. Le marché devrait continuer à croître, le marché mondial des machines de découpe laser étant évalué à 3,37 milliards de dollars en 2020 et pourrait presque doubler d'ici 2027 pour atteindre une valeur de 6,69 milliards de dollars.

Laser est l'acronyme de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. En focalisant un faisceau de lumière puissant et intensément concentré à travers une lentille, on obtient un laser capable de découper les matériaux. L'action de coupe provient de la fusion et/ou de l'érosion à l'endroit de l'interface entre le laser et le métal.

De la gravure à la découpe complète du métal, la découpe au laser ouvre la voie à une variété de conceptions, du prototypage et des essais aux lignes de production de fabrication à grande échelle.

Les machines de découpe laser présentent plusieurs avantages par rapport aux procédés de fabrication soustractive similaires, tels que les machines à commande numérique :

• La précision : La quantité d'entaille, c'est-à-dire le matériau qui est brûlé, est sensiblement plus petite lors de la découpe au laser, généralement moins de 1 mm. Cela se traduit par des coupes plus précises par rapport aux mèches de toupies CNC qui sont grandes et produisent des coins arrondis plutôt que des angles plus droits. Comme les machines de découpe au laser fonctionnent à partir de fichiers vectoriels, elles produisent également des pièces très détaillées et les plus proches ou exactes de la conception originale prévue.
• Vitesse : Les machines de découpe laser ne nécessitent pas les réglages plus fastidieux des machines CNC ; si le matériau est sûr, aucune pince n'est nécessaire. Le nettoyage, la répétabilité et le passage à un autre produit découpé au laser sont également plus rapides puisqu'il n'y a pas de gros déchets de matériaux. Selon la diode ou l'émetteur laser, le même appareil peut être utilisé encore et encore sans changer de tête ou de mèche. Il n'y a également que peu ou pas de post-traitement des matériaux découpés, car les coupes ne sont pas grossières.
• Facilité d'utilisation : L'adaptabilité à la découpe de nombreux motifs sur un large éventail de matériaux est également un point positif. Il s'agit notamment de matériaux denses comme les métaux et le bois, de matériaux plus souples et plus délicats comme le carton, et de feuilles fines qui peuvent être découpées selon des spécifications précises.Les machines de découpe laser ne nécessitent pas autant d'espace que les machines à commande numérique. La courbe d'apprentissage et la phase d'essai et d'erreur du fonctionnement ne sont pas non plus aussi abruptes que celles de l'usinage CNC.

Comme indiqué précédemment, seuls les fichiers vectoriels tels que ceux utilisés dans les conceptions graphiques peuvent être utilisés pour les conceptions découpées au laser. Les fichiers qui peuvent être chargés sur une machine sont les fichiers .DXF, .DWG, .SVG, .PDF, ainsi que .AI, le type préféré dépendant de la machine spécifique. Grâce à des logiciels tels que SOLIDWORKS, CATIA ou Draftsight de Dassault Systèmes, les conceptions peuvent être créées, converties et exportées vers un fichier vectoriel qui peut être lu par les machines de découpe laser.

Pour cette raison, les conceptions 3D doivent être décomposées en plusieurs parties et tramées dans un espace 2D, où elles peuvent ensuite être assemblées. Le choix du matériau déterminera également le type d'émetteur de découpe laser sur lequel les dessins seront exécutés. Les lasers rouges et noirs émettent des puissances plus faibles et produisent moins de chaleur, les émetteurs laser CO2 fonctionnent sur une plus grande variété de matériaux et sont meilleurs sur les matériaux organiques et plus mous comme les plastiques, les mousses, les tissus et le bois. Les lasers bleus et les diodes à fibre sont de plus en plus recherchés en raison de leur efficacité et de leur taux d'absorption à travers la plupart des métaux, mais il convient d'être prudent lorsque l'on travaille avec de l'acrylique, du plastique, du verre et du bois, car ces matériaux sont plus susceptibles de se déformer ou de s'enflammer sous l'effet d'une lumière plus intense.

Le choix des matériaux détermine également le choix optimal de la puissance de sortie des découpeurs laser. En règle générale, plus un matériau est dense, plus il faut de puissance/temps pour le découper et plus la largeur du nœud doit être réduite. Les aciers, le cuivre et les autres métaux denses sont plus longs à découper, avec une épaisseur maximale comprise entre 1 et 10 mm pour les lasers de 500 W, et entre 8 et 20 mm pour les lasers de 3 000 W. Les matériaux plus tendres peuvent être découpés sur plusieurs centimètres. Les matériaux plus souples peuvent permettre une découpe de plusieurs centimètres, mais plusieurs passages peuvent être nécessaires en raison de la distance focale du laser. Là encore, il faut tenir compte de la réaction du matériau aux lasers, ainsi que du type de trait de scie qui sera gravé et de la possibilité de fissurer ou de brûler les matériaux.

Il doit également y avoir un espace ou une distance suffisante entre deux lignes de coupe dans le matériau à graver au laser. En raison de la tendance d'un métal à fondre et/ou à s'éroder lorsqu'il est découpé au laser, cet aspect est encore plus important. Une bonne règle générale consiste à espacer les lignes de coupe de la même distance que l'épaisseur du métal. Ainsi, pour une plaque de métal de 0,25 pouce d'épaisseur, les lignes de coupe doivent être espacées d'au moins 0,25 pouce. Pour certaines caractéristiques de conception telles que les encoches, la distance entre les caractéristiques doit être supérieure à l'épaisseur du matériau. Consultez toujours votre partenaire de fabrication ou le fabricant de l'équipement d'usinage au laser pour obtenir des directives de conception plus spécifiques.

Une fois que toutes les considérations sur ce qui est conçu et sur le matériau utilisé ont été prises en compte, tout peut être rassemblé. Les conceptions en 2D peuvent être plus facilement dessinées et visualisées grâce à un logiciel tel que DraftSight. De nombreux déchets et coûts peuvent être réduits au cours de ce processus avant même que le dessin ne soit téléchargé sur la machine ; des coupes trop proches et étroites les unes des autres peuvent compromettre l'ensemble du matériau et la largeur de l'entaille, aussi petite soit-elle, doit toujours être prise en compte dans les coins et les joints. Assurez-vous que dans la conception, les pièces pourront toujours s'emboîter en utilisant des nœuds, des fentes et des languettes, comme pour l'assemblage d'une pièce de puzzle. Selon le matériau, la taille entre les traits de coupe dans les fentes et les nœuds variera.

La trajectoire de découpe la plus optimale est celle qui nécessite le moins de mouvement et de découpe. Suivez les lignes de la trajectoire rendue dans l'image vectorielle finale pour évaluer si une optimisation supplémentaire peut être effectuée. Les lignes qui se croisent peuvent complètement ruiner les conceptions et les matériaux. Cela peut également inclure les lignes doubles, car certains lasers sont généralement assez puissants pour effectuer une coupe suffisante en un seul passage, passer deux fois n'est pas seulement une perte de temps mais aussi une perte potentielle de matériau au cours du processus de production. Selon la machine elle-même, les détails fins, les joints et les virages serrés à 90 degrés peuvent devenir un problème lorsque le nœud décélère au point de pivot et brûle plus de matière que nécessaire. Toutes ces erreurs courantes peuvent être évitées en créant le bon fichier dès la première fois avec le bon logiciel.

C'est un exercice d'équilibriste que de faire tenir le plus grand nombre possible de pièces découpées dans un même matériau, un même dessin et une même opération de découpe, avec le moins de déchets et de coupes possibles. L'avantage de la conception en 2D est la facilité d'utilisation et la diminution des complications. À mesure que le marché des machines de découpe laser, de la commande numérique, de l'impression 3D et d'autres processus de fabrication à petite échelle se développe, le besoin d'outils et de méthodes de conception transparents augmentera également.