Technique de découpe au laser

La découpe laser est une technologie qui utilise un faisceau laser (lumière cohérente) pour découper la matière via une projection photonique sur une très faible surface, ce qui permet d'obtenir une coupe net d'une grande précision. Bien qu'elle soit généralement utilisée pour des applications de fabrication industrielle, elle est désormais utilisée par les architectes, petites entreprises et décorateurs dans des buts variés. Les performances de la découpe laser sont en constante évolution : diversification des matériaux avec une utilisation applicable désormais à certains bois et matières plastiques, augmentation de l'épaisseur de la découpe sur les tôles de métaux, finalisation du rendu. Ces critères d’amélioration sont liés notamment aux progrès réalisés en matière de sources laser.

Il existe trois catégories de laser :

• Lasers Nd:YAG, principalement pour la gravure et le marquage dans l'usage industriel mais également couramment utilisé en ophtalmologie ou dans le domaine de la médecine esthétique.
• Lasers à fibre, un laser à l'état solide utilisant une fibre optique comme milieu amplificateur. Les applications des lasers à fibre comprennent le traitement des matériaux (notamment la découpe ou la soudure), la télécommunication, la spectroscopie, la médecine.
•  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 tôles de métal, mais ne sont pas compatibles avec des matériaux qui ont une sensibilité thermique élevée.

Toute matière peut être découpée par un laser : métaux, textile, papier, carton, céramique, composite, cuir, verre, etc. Des longueurs d’onde spécifiques ont été développées pour obtenir un rendu optimisé sur chaque matière.

Certains matériaux possèdent toutefois des propriétés qui complexifient leur réaction au laser : par exemple l’argent et le cuivre, en raison de leurs propriétés réfléchissantes ou les polycarbonates et polyéthylène haute densité (PEHD) qui s'altèrent trop lors d'une contrainte thermique. On préfère pour ces matériaux une découpe au jet d'eau ou une découpe à la fraiseuse. Il est toujours important d'être en adéquation entre la méthode de découpe et la matière.

La découpe de métaux représente le domaine d’activité le plus important du domaine du laser cutting. Dans ce secteur, il est complémentaire à d’autres procédés comme la découpe par jet d’eau haute pression ou le poinçonnage.

Chez nous à MP jet d'eau, notre découpeuse CNC laser est uniquement dédiée aux métaux : aluminium (jusqu'à 10 mm) de tous types, acier brut (jusqu'à 20 mm) et acier inoxydable (jusqu'à 10 mm) et laiton (jusqu'à 4 mm). La machine CNC laser cutting Smartline 3015 Fiber nous permet une grande efficacité de coupe sur des tôles pouvant mesurer jusqu'à 3000x2000 mm mais n'est pas adaptée pour les autres matériaux en raison de la puissance du faisceau. Vous pouvez jeter un œil à nos réalisations pour constater de la grande précision de la découpe laser.

La popularité grandissante des lasers, que ce soit dans le domaine industriel ou de réalisations amateurs comme les fablabs, s’explique premièrement par la haute précision de coupe, la pluralité de possibilité d'usinage (découpe, perçage, gravure, ...) et la rapidité d’exécution. La découpe au laser est généralement automatisée via un programme sur une machine CNC et ne nécessite que peu d'intervention manuelle une fois lancée, ce qui réduit également les coûts en outillages tiers et une grosse réduction du temps de finition nécessaire après découpe en raison de la propreté de coupe.

La coupe et l'usinage de pièces au laser ont également pour avantages d’être propre, dans le sens où le laser ne nécessite pas l'utilisation de produits chimiques ou de fluide de coupe et la précision peut être meilleure que le jet d'eau ou le fraisage automatisé selon les matériaux, car le faisceau laser ne s'use pas au cours du processus. Les seuls éléments susceptibles d'être changés étant les buses et les lentilles focales.

Cependant, la découpe laser possède également quelques inconvénients, les plus notables étant la limite d'épaisseur de coupe ne pouvant excéder 25 mm dans la grande majorité des cas, même avec de puissantes machines de découpe industrielles. Cette limite vient du fait qu'avec une trop forte épaisseur, l'évacuation de la matière en fusion devient trop lente pour produire une coupe propre et occasionne des bavure ou hachures lors de la coupe.

Un autre connu étant le dégagement de fumée toxique selon le matériau découpé ou des microparticules nécessitant un système de filtrage (très souvent incorporé de base dans les modèles de CNC industriel).

Le faisceau du laser d'un diamètre compris entre 1,5 et 2 mm, se voit focalisé et intensifié par une lentille de haute précision ou un miroir en un point très petit d'environ 0,025 mm pour créer un faisceau laser très intense qui permet d'élever la température d'une zone réduite de matière, jusqu'à vaporisation. Le faisceau laser focalisé est dirigé vers le matériau, qui fond, brûle, se vaporise ou est soufflé par un jet de gaz, laissant une arête avec une finition de haute qualité. À mesure que le matériau chauffe, le laser est dirigé pour découper une out plusieurs pièces.

La zone affectée thermiquement (ZAT) par le rayon laser est relativement faible (A titre indicatif, la ZAT est de l’ordre de 0.3 mm sur une matière métallique.), il y a donc peu de déformation subi par les pièces découpées.