Découpe laser du métal : principes et avantages

La découpe laser du métal est adaptée pour la découpe de plaques de métal faisant jusqu’à 80 mm d’épaisseur ainsi que pour la découpe transversale des tubes. La découpe laser du métal remplace rapidement les autres méthodes parce que la technologie progresse rapidement et que la vitesse de la découpe du métal au laser, l’épaisseur maximale qui peut être découpée et l’efficacité des machines de découpe laser s’accroissent d’année en année.

Dans cet article, nous allons expliquer les principes de base des machines de découpe laser du métal, leurs avantages par rapport aux autres technologies de découpe du métal, les métaux qui peuvent être découpés à l'aide de la découpe laser des métaux, et les différences entre les différents modèles de machines de découpe laser du métal.

Principes de la découpe laser du métal

Les machines de découpe laser du métal utilisent une source laser à fibre optique comme source laser. Le processus de génération a lieu dans les diodes au moyen d'un résonateur, puis le rayon laser est acheminé à travers une fibre optique jusqu'à la tête laser de la machine de découpe laser des métaux. C’est là où se trouvent un collimateur et une lentille de focalisation.

Le rayon laser possède une très grande puissance en raison de sa cohérence et de sa nature monochromatique.

La monochromaticité signifie que les longueurs d'onde émises ont un spectre si étroit que pour ainsi dire les photons qui constituent le rayon laser ont tous presque la même longueur d'onde.

La cohérence fait référence à la cohérence des mouvements de l’onde d'un laser. La cohérence temporelle assure la constance des oscillations au même point de l'espace à des moments différents. La cohérence spatiale assure que le rayon laser est unidirectionnel ce qui limite de diffraction, c'est-à-dire la valeur minimale du point le plus étroit du rayon laser émis par une machine de découpe laser du métal.

C'est grâce à la cohérence et à la monochromaticité qu'une machine de découpe du métal est capable de se concentrer sur un point ayant un diamètre de 0,01 mm avec une densité de puissance de 10¹³W ou plus. Cela permet au rayon laser de chauffer le métal jusqu'à un point de fusion sur une zone 8 fois plus petite qu'un cheveu humain en une fraction de seconde.

En mode pulsé, la durée de chaque pulsation est aussi courte que 10‾¹⁵ secondes.

La découpe laser du métal peut être subdivisée en deux : la découpe par fusion et la découpe par sublimation.

Découpe du métal par fusion

La grande densité de puissance du rayon laser fait fondre instantanément le métal, dans le même temps un gaz auxiliaire est soufflé à haute vitesse sur la zone de découpe afin de refroidir le métal et d’empêcher que le métal fondu ne reste collé.

Lors de la découpe du métal au laser, la chaleur est concentrée sur une étroite zone autour du point d’impact, cela évite que le métal surchauffe ou se déforme.

Découpe laser du métal par sublimation

Cette méthode est employée pour découper les matériaux extrêmement fins. Elle requiert énormément d’énergie car les rayons laser générés en quelques nanosecondes vont vaporiser le métal sans le déformer. Néanmoins il est bon de noter que cette méthode est 5 à 8 fois moindre que la découpe du métal par fusion.

Avantages de la découpe du métal au laser sur les autres méthodes de découpe du métal

La découpe laser du métal est l’une des plus récentes et des plus performantes méthodes pour découper les plaques et les tubes de métal. Les avantages de cette méthode sont les suivants :

Aucun résidu que ce soit des débris, de la poussière métallique ou du sable, comme lors de la découpe au jet d'eau
Simple d’utilisation et sans danger pour l’opérateur Le lieu où la machine de découpe laser du métal est installée ne requiert pas d’installation spécifique, quant à l’opérateur celui-ci ne doit pas porter de combinaison de protection.
Haute précision du laser de découpe du métal. Le diamètre du laser fait jusqu’à 0,01 mm, la précision de la machine est de 0.02 mm
Le métal n’est pas déformé. La zone chauffée par le laser est si restreinte que la zone l’entourant n’est pas déformée par la chaleur.
Une coupe nette et précise. Après la découpe au laser, le métal n’a pas besoin d’être traité ultérieurement, il n’y a pas de traces ou de crasse et le plus souvent aucun post-traitement du métal n’est nécessaire.
Découpe au laser de métaux de motifs complexes. Contrairement, par exemple, à la découpe à la scie à ruban, un laser peut découper des contours complexes sans difficultés.
Vitesse de travail. Les machines de découpe laser du métal Wattsan atteignent une Vitesse de 60 mètres par minute lorsqu’il s’agit de découper de fines plaques de métal. La vitesse de la tête laser lorsqu’elle ne découpe le métal atteint les 140 mètres par minute.
Durée de vie. La durée de vie des machines de découpe du métal est de plus d’une décennie, 11 ans pour être précis.
Commande numérique. Le système de commande de la machine effectue la majeure partie de la découpe laser du métal, ce qui garantit un résultat parfait et réduit au minimum les imprécisions et les erreurs.
Simplicité d’utilisation. Les rudiments de la découpe du métal au laser s’apprennent en une journée.
Polyvalence. Le lancement d'un nouveau produit peut prendre quelques minutes. Pendant le fonctionnement de la machine, la configuration du produit peut être modifiée par l'opérateur s’il en ressent le besoin.
Pas de consommables. Lors du fonctionnement d'une machine de découpe laser du métal, les consommables sont soit inexistants, soit de faible coût. Les principales dépenses en consommables sont pour l’achat de matériel et des gaz auxiliaires.

Découpe laser des métaux. Quels métaux sont découpables

Machine de découpe laser pour métaux. Tout ce que vous vouliez savoir sur la découpe laser des métaux Découpe laser du métal : principes et avantages 1

Ces métaux sont découpables à la machine laser à fibre :

Acier carbone
Acier galvanisé
Acier allié
Inox
Cuivre
Laiton
Aluminium
Titanium

Une machine de découpe laser du métal est améliorable afin de pouvoir découper non seulement des tôles, mais aussi des tubes ronds et rectangulaires. Il existe également des machines conçues spécifiquement pour découper au laser des tubes métalliques.

Chaque métal requiert un gaz auxiliaire particulier pour être découpé proprement.

L'air ou l'oxygène est utilisé pour la découpe laser des métaux ferreux. La découpe laser du métal avec de l'air nécessite un compresseur. Cette méthode permet de découper des épaisseurs relativement faibles, jusqu'à 3-5 mm. Mais avec une puissance suffisante de la source laser, l'épaisseur maximale du matériau peut atteindre 20 mm. La découpe laser des métaux ferreux avec de l'oxygène permet une découpe bien plus rapide.

Les gaz inertes, le plus souvent l'azote, sont utilisés pour les opérations suivantes :

Pour la découpe au laser de métaux ayant des propriétés antirouille afin de les préserver.
Pour la découpe au laser de métaux à haute conductivité thermique, tels que le cuivre et l'aluminium, afin d'éviter la formation de crasse.
Pour le titane qui nécessite de l'argon pour être découpé car après avoir été découpé avec d'autres gaz, ce métal perd ses propriétés et devient poreux et cassant.

Les métaux très réfléchissants ne doivent pas être découpés sur une machine de découpe laser du métal, à moins que la source laser ne soit équipée d'un système de protection contre le rebondissement du rayon laser. Le risque est que le rayon laser rebondit vers la tête laser et l'endommage. Seules les sources laser IPG sont actuellement protégées contre ce risque.

Une machine de découpe laser du métal n'est pas adaptée à la découpe du bois et de ses dérivés. Cette solution ne serait pas viable. Les machines laser CO2 sont idéales pour travailler les matériaux à base de bois et elles sont nettement moins chères que les machines de découpe laser du métal.

Pour plus de détails sur le choix de votre machine de découpe laser du métal, contactez les technico-commerciaux de Virmer : +31208082045 , E-Mail: info@virmer.com

Les utilisations concrètes de la technologie de découpe laser du métal

La découpe laser du métal est utilisée dans la construction navale, la construction d'avions et de machines, l’industrie automobile, la construction, la fabrication d'instruments, l'industrie médicale et l'industrie alimentaire.

Qu’est-ce qui peut être fabriqué à l’aide d’une machine laser de découpe du métal ?

Les structures métalliques pour la construction et le bardage des bâtiments.
Meubles et portes en métal.
Meubles de rangement : casiers, armoires, étagères, tiroirs, plateaux.
Les réalisations publicitaires : panneaux, lettres d'affichage, stands, vitrines, supports publicitaires.
Les systèmes de ventilation.
Les accessoires de montage.
Équipement et mobilier pour la médecine et le négoce.
Grilles décoratives d'extérieur.
Les aménagements extérieurs et intérieurs, comme des portails métalliques personnalisés.
La découpe au laser d'éléments métalliques complexes.
Toute structure métallique fabriquée sur mesure.

Quelles différences entre les machines de découpe laser pour métaux

Comment choisir un coupeur de fibre de métal Découpe laser du métal : principes et avantages 1

Les machines laser de découpe des métaux Wattsan sont réparties entre trois catégories : E-line, S-line et HARD-line. Les catégories E et S possèdent des zones de travail de 1300 x 2500 mm ou de 1500 x 3000 mm, tandis que la catégorie HARD a une zone de travail de 1500 x 3000 mm, 4000 x 2000 mm ou de 6000 x 2000 mm.

La principale différence entre ces trois modèles réside dans la puissance maximale de la source laser, la conception du boîtier et les composants utilisés. Ces trois éléments combinés déterminent les performances et donc l'épaisseur maximale possible du matériau à découper.

Plus un métal est épais, plus la source laser pour le découper doit être puissante et plus les composants de la machine et sa structure sont complexes.

Ces trois lignes de produits, E, S et HARD, ont en commun plusieurs choses :

Ces machines de découpe laser du métal sont conçues pour fonctionner 24 heures sur 24.
Le bâti entièrement soudé est renforcé tous les 400 mm.
Les sources laser proviennent de fabricants reconnus : IPG, Raycus, MaxPhotonics, JPT.
Portique en aluminium robuste et léger.
Rails de guidage HIWIN et crémaillères hélicoïdales LEAN B2.
L’enrobage métallique des rails de guidage évite l’apparition d’étincelles.
Moteurs Mitsubishi avec boîtes de vitesses Shimpo : les différents modèles ont une puissance différente en fonction de leurs charges respectives.
Composants électriques fabriqués par Siemens.
Panneau de contrôle FSCUT.
Le logiciel CYPCUT offre de nombreuses possibilités qui permettent de simplifier et d’accélérer la découpe laser. Il y a également la possibilité d’effectuer des diagnostics techniques à distance.
Le système d'extraction des fumées par zone est plus efficace et plus économique car il ne fonctionne que dans la partie de la machine où le métal est découpé.

Désormais nous allons vous expliquer quelles sont les différences entre les lignes E, S et Hard des machines de découpe du métal Wattsan.

Les machines de découpe laser du métal Wattsan E

Cette catégorie regroupe les machines de découpe laser du métal conçues pour découper des plaques de métal de faible épaisseur à grande vitesse. Les caractéristiques de la ligne de machines laser à fibre E :

Adaptée à la découpe laser de métaux faisant jusqu'à 4 mm d'épaisseur.
Équipée de sources laser IPG, Maxphotonics, JPT ou Raycus ayant les puissances suivantes : 1000, 1500 ou 2000 W.
Vitesse de travail jusqu’à 80 mètres par minute à 1 G d'accélération.
Le châssis est entièrement soudé.
Moteurs Mitsubishi 1 kW et boîtes de vitesses Shimpo.
Axes X et Y : les rails de guidage HIWIN de 20 mm et les crémaillères hélicoïdales Lean B2.
Axe Z : les rails de guidage HIWIN de 15 mm et vis-à-bille de 16 mm.
Dans sa configuration standard les machines de la catégorie E sont équipées de têtes laser RayTools, peuvent être équipées de têtes laser WSX ou Precitec sur demande.

Pour plus de détails sur les machines laser de catégorie E, le mieux est de consulter la fiche technique de la Wattsan 1325 E.

Tous les châssis des machines laser de découpe du métal Wattsan subissent un traitement thermique en plusieurs étapes dans un four spécial - afin de réduire la tension sur le métal. Cela garantit un fonctionnement sans déformation pendant au moins 10 ans.

Les machines de découpe laser du métal Wattsan S

Conçues pour la découpe laser à grande vitesse et haute précision de plaques de métal d’épaisseur intermédiaire Les caractéristiques de la ligne de machines laser à fibre E.

Pour la découpe de plaque de métal faisant jusqu’à 12 mm d’épaisseur.
Équipées de sources laser IPG, Maxphotonics, JPT ou Raycus d’une puissance allant de 1000 W à 6000 W.
Vitesse de travail jusqu’à 140 mètres par minute à 2G d’accélération.
Le châssis est entièrement soudé.
Moteurs Mitsubishi de 2 kW avec boîtes de vitesses Shimpo.
Axes X et Y : les rails de guidage HIWIN de 20 mm et les crémaillères hélicoïdales Lean B2.
Axe Z : les rails de guidage HIWIN de 15 mm et vis-à-bille de 16 mm.
Dans sa configuration standard les machines de la catégorie S sont équipées de têtes laser RayTools, peuvent être équipées de têtes laser WSX ou Precitec sur demande.

Les chaînes d’assemblage de l’usine Wattsan sont équipées de robots qui vissent avec une précision parfaite les rails de guidage et crémaillères hélicoïdales. Cela assure leur coaxialité et leur parallélisme, garantissant ainsi une précision de repositionnement de 0,02 mm des machines Wattsan.

Pour plus de détails sur les machines laser de catégorie S, le mieux est de consulter la fiche technique de la Wattsan 1530 S.

Les machines de découpe laser du métal Wattsan de la gamme S peuvent également être équipées de tables interchangeables, d’un système de découpe des tubes et d'une cabine de protection.

Tables interchangeables

L’option Tablechange (tables interchangeables) permet de gagner du temps : pendant qu'une table est utilisée pour la découpe laser d'une tôle, l'opérateur retire les pièces découpées et dispose une nouvelle plaque de métal sur l'autre. Le changement automatique de table prend de 18 à 30 secondes.

Par exemple la Wattsan 1530 Tablechange.

Système de découpe des tubes

Ce système est entièrement intégré à la machine. Il permet de couper les plaques et les tubes en métal. Par exemple, la Wattsan 1530 Rotatory.

La Wattsan 1530 Rotatory est capable de découper des tubes circulaires d’un diamètre allant jusqu'à 220 mm et des tubes rectangulaires d’une largeur jusqu'à 160 mm avec une longueur comprise entre 3 et 9 mètres. Dimensions admissibles pour la découpe laser des plaques : 1500 x 3000 mm.

Cabine de protection

Elle est conçue pour assurer la sécurité de l’opérateur lors de l'utilisation de sources laser de moyenne et haute puissance. La cabine de protection entoure complètement la zone de travail d'une machine de découpe laser du métal et comporte des fenêtres de visualisation pour protéger contre les éventuels rebonds du rayon laser et des étincelles émises lors de la découpe.

Ces options peuvent être installées indépendamment ou toutes à la fois. Un bon exemple est la Wattsan 1530 Tablechange Rotatory Cabine.

Une catégorie à part inclus les machines laser de découpe du métal Wattsan RD, ces machines-outils sont spécialisées dans

le découpe des tubes et tuyaux en métal.

La gamme de machines Wattsan HARD sont conçues pour découper les métaux les plus épais

Spécialement conçues pour la découpe laser des métaux épais, les machines de la gamme HARD sont toutes équipées de tables interchangeables car elles sont conçues pour supporter une charge de travail particulièrement élevées :

Conçues pour la découpe de plaques de métal faisant jusqu’à 80 mm d’épaisseur.
Équipées avec une source laser IPG dont la puissance est comprise entre 3000 et 20000 W.
Vitesse de travail jusqu’à 140 mètres par minute et 2G d’accélération.
Le châssis est entièrement soudé.
Le châssis de la machine est protégé par un revêtement en graphite et céramique et des plaques de cuivre pour réfléchir et amoindrir les effets thermiques.
Renforcement de 16 mm d'épaisseur sur le périmètre à l'intérieur du cadre.
Le boîtier est entièrement fermé avec un système de filtration de l'air.
Moteurs Mitsubishi de 1,3 kW avec boîtes de vitesses Shimpo.
Axes X et Y : les rails de guidage HIWIN de 30 mm et les crémaillères hélicoïdales Lean B2.
Axe Z : les rails de guidage HIWIN de 25 mm et vis-à-bille de 25 mm.
Dans sa configuration standard les machines de la catégorie HARD sont équipées de têtes laser Precitec.
La section transversale du portique en aluminium est renforcée.
Équipée de deux caméras : l’une pour observer le bon déroulement de l’opération de découpe et l’autre pour surveiller les tables interchangeables.
Armoire électrique séparée pour un accès facile.

Différences entre les machines de découpe laser à fibre et à tube CO2

Qu’est-ce qu’une machine laser CO2 et comment fonctionne-t-elle? Découpe laser du métal : principes et avantages 1

Puisque nous parlons de la découpe laser du métal, nous ne pouvons pas ne pas mentionner que certains types de machines CO2 conviennent également à cet usage. Par exemple, la Wattsan NC-1612 est capable de découper le métal ainsi que les matériaux non-métalliques.

La puissance du tube laser de cette machine est comprise entre 130 et 150 W et les dimensions de la zone de travail sont de : 1600 x 1200 mm. Cette machine polyvalente découpe les métaux jusqu'à 1,5 mm d'épaisseur ainsi que tous les autres matériaux standards pour les lasers CO2 : contreplaqué, MDF, bois, plastiques, textiles, cuir et fourrure.

Pour en apprendre plus sur la Wattsan NC-1612 qui découpe les métaux et les matériaux non-métalliques, consultez notre site internet.

Conclusion

Une machine de découpe laser pour métal est le meilleur moyen pour découper les plaques et les tubes métalliques. Le prix d'une telle machine dépend de la puissance de la source laser équipée ainsi que d'autres paramètres.

Pour assister à une démonstration en ligne ou pour en apprendre plus sur nos machines, le mieux est de contacter les technico-commerciaux de Virmer : +31208082045 , E-Mail: info@virmer.com