Découpe au laser : Avantages et inconvénients

Les découpeurs laser sont des faisceaux laser focalisés à haute énergie qui découpent des feuilles d'acier, de bois, de plastique et d'autres matériaux en pièces bidimensionnelles dans les domaines de la fabrication et de l'amateurisme. Le terme "laser" est couramment utilisé pour désigner l'amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement", ce qui explique la science physique nécessaire à la production de lumière laser. Il s'agit d'une technologie largement adoptée, adaptée à la production de masse de pièces bidimensionnelles précises.

Le processus de découpe au laser utilise un programme généré par ordinateur appelé code G, un ensemble d'instructions lisibles par la machine indiquant à celle-ci où déplacer la tête de découpe au laser. Une fois le programme chargé, le matériau peut nécessiter une préparation supplémentaire avant d'être placé sur le lit de coupe. Une fois le matériau chargé, un petit faisceau lumineux à haute énergie est lancé et focalisé sur un point pour chauffer le matériau et lancer le processus de découpe. À mesure que le matériau chauffe, le laser est dirigé pour découper plusieurs pièces à l'aide d'une série de miroirs et de lentilles. La chaleur intense fait fondre et souvent vaporise le matériau lorsqu'elle est dirigée à travers le lit tout en découpant des pièces dans la feuille de matériau. Les pièces sont retirées et peuvent être traitées ultérieurement.

Les découpeurs laser sont utilisés dans toute une série d'applications, notamment la gravure, le soudage au laser, la découpe de tubes et la découpe de tôles et de plaques. Il existe différents types de lasers et de méthodes utilisés pour la découpe laser. Il s'agit notamment des types suivants :

Types de découpe laser :

• Lasers CO2 - Ce laser utilise du dioxyde de carbone (CO2), de l'hélium (HE) et de l'azote (N) pour optimiser le processus de découpe ; l'azote contribue à amplifier l'énergie tandis que l'hélium aide à dissiper l'énergie restante après la découpe. Ces lasers sont souvent utilisés avec des plaques de métal, mais ils sont difficiles à utiliser avec des matériaux qui ont une réflectivité et une absorption thermique élevées.
• Lasers à fibre - Des câbles flexibles en fibre optique transportent les photons pour produire le faisceau avec l'aide d'éléments de terre rare tels que l'erbium, le néodyme, le thulium ou l'yttrium. Chaque élément produit des longueurs d'onde différentes pour des applications variées. Ces lasers conviennent le mieux à la découpe de matériaux réfléchissants tels que le laiton ou l'or et, grâce à la flexibilité du câble de fibre, ils peuvent être montés sur des bras robotisés. 
• Lasers Nd:YAG - Ce laser puissant à haute densité est souvent utilisé pour le marquage et la gravure. Ce laser utilise un cristal de grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme (Nd) (Y3Al5O12) qui favorise l'accélération des photons pour créer un faisceau de haute intensité. Les lasers Nd:YVO fonctionnent de la même manière, avec une stabilité de puissance améliorée, une chaleur réduite et une plus grande intensité laser. 

Les découpeurs laser sont utilisés pour découper une large gamme de matériaux. Les matériaux les plus couramment découpés sont les suivants :

• Acrylique - Ce matériau transparent et rigide est également connu sous le nom de polyméthacrylate de méthyle ou PMMA.
• Aluminium - Matériau réfléchissant, les lasers à fibre découpent la plupart des types d'aluminium.
• Laiton - Il est préférable de le découper avec un laser à fibre.
• Liège - Le liège peut être facilement découpé ou gravé au laser.
• Feutre - Un tissu qui se découpe facilement, surtout s'il est composé à 95 % ou plus de laine. 
• Panneau dur - Facile à découper, mais dégage des vapeurs d'adhésifs.
• Cuir - Ce matériau est facile à découper ou à graver, souvent pour des articles personnalisés.
• Acier inoxydable (SS) - Les lasers à fibre sont les mieux adaptés à l'acier inoxydable.
• Acier - Il s'agit de l'acier doux et de l'acier au carbone. Les lasers à haute puissance peuvent découper des plaques d'une épaisseur allant jusqu'à 20-25 mm. 
• Bois - Les lasers de faible puissance sont utilisés pour les différents types de bois.

Les autres matériaux sont les suivants :

• les adhésifs
• Tissus enduits
• Feuilles
• Films
• Mousses
• Joints
• Étiquettes

La découpe laser peut produire des gaz toxiques ou poser des problèmes avec certains matériaux. Les matériaux qui ne doivent pas être découpés au laser sont les suivants :

• le polyéthylène haute densité (PEHD)
• la fibre de verre stratifiée
• le polycarbonate (PC)
• Mousse de polystyrène et de polypropylène
• Chlorure de polyvinyle (PVC)
• Polycarbonate (PC)

La prudence est de mise lors de l'utilisation de découpeuses laser. Comme pour la plupart des machines industrielles, il existe des dangers (énumérés ci-dessous) :

• Brûlure - Certains matériaux peuvent brûler ou roussir s'ils ne sont pas traités correctement.
• Lésions oculaires - Les matériaux réfléchissants risquent de refléter le laser dans les yeux, ce qui peut provoquer de graves lésions oculaires.
• Arêtes tranchantes - En fonction de plusieurs facteurs, certaines pièces peuvent présenter des arêtes tranchantes susceptibles de provoquer des coupures graves si elles ne sont pas manipulées correctement. Un ébavurage ou un culbutage supplémentaire peut s'avérer nécessaire.
• Gaz toxiques - Certains matériaux dégagent des fumées toxiques ou corrosives pendant la découpe.

Cet article explore les principes fondamentaux de la découpe au laser, y compris ses avantages et ses inconvénients.