Découpe laser de tôles : Principes fondamentaux de la découpe laser des métaux

Les techniques de fabrication soustractive sont des opérations courantes pour la fabrication de pièces dans l'industrie. La découpe laser de tôles, procédé de fabrication essentiel, en est un exemple typique.

Ce procédé consiste à focaliser le faisceau laser sur la surface du matériau pour le brûler, le vaporiser ou le faire fondre, et ainsi obtenir les résultats souhaités. Grâce à sa précision, il facilite la fabrication de composants aux détails complexes.

Cet article est un guide complet contenant toutes les informations nécessaires sur la découpe laser avant de vous lancer dans cette technologie pour votre prochain projet de fabrication.

Qu'est-ce que la découpe laser de tôles ?

La fabrication de tôles est l'une des principales techniques de production industrielle. À ce titre, la découpe laser de tôles est un procédé incontournable. La découpe laser utilise un faisceau lumineux de haute puissance (laser) pour découper des feuilles de métal plates et fines. Le processus est piloté par un système optique et la technologie de commande numérique par ordinateur (CNC), ce qui garantit la haute précision des pièces découpées au laser.

Historique de la découpe laser de la tôle

La technologie de découpe laser existe depuis plus de 60 ans, sa première tentative de découpe de tôles métalliques remontant à 1960.

En 1964, CO₂ Les lasers étaient déjà utilisés pour la fabrication de pièces complexes, comme le soudage des ressorts de montre. L'automatisation et la haute précision de la découpe laser, supérieures à celles des autres procédés de découpe, ont largement contribué à son adoption pour la fabrication de précision et la production en grande série.

Les lasers à fibre ont été produits pour la première fois dans les années 60, mais n'ont été commercialisés qu'à la fin des années 80. Les années 90 sont considérées comme l'âge d'or de la technologie laser, car elles ont vu l'apparition de nombreux lasers de forte puissance, tels que les lasers à semi-conducteurs, qui ont considérablement amélioré l'efficacité et la productivité. Au début des années 2000, la découpe laser était devenue une technique de fabrication largement répandue et utilisée par plusieurs secteurs, comme l'automobile et l'aérospatiale.

Types de lasers pour la découpe de tôles

Il existe trois types de lasers utilisés pour la découpe de matériaux dans la production industrielle. Chaque laser possède des caractéristiques uniques qui le distinguent des autres. Vous trouverez ci-dessous un résumé complet des trois types de découpeurs laser.

Lasers à fibre

machines de découpe laser à fibre Ces machines comptent parmi les appareils de découpe de précision les plus performants. Appartenant à la famille des lasers à semi-conducteurs, elles utilisent des lasers d'amorçage pour amplifier le faisceau grâce à des fibres optiques spéciales. Elles permettent de découper efficacement des pièces de métaux, d'alliages et de matériaux non métalliques comme le verre, les plastiques et même le bois. Outre les opérations de découpe classiques, elles conviennent également à la gravure et au recuit des métaux.

Les lasers à fibre présentent des entailles plus larges que les autres, ce qui explique probablement leur puissance élevée. Leur durée de vie est longue, d'au moins 25 000 heures, et ils nécessitent donc moins d'entretien. Ils produisent des faisceaux parmi les plus puissants et les plus stables. Cependant, ils sont particulièrement adaptés aux matériaux d'une épaisseur inférieure à 20 mm.

Lasers CO2

CO₂ Les lasers produisent un faisceau lumineux en faisant passer un courant électrique dans un tube rempli d'un mélange de gaz. Ce mélange contient principalement du dioxyde de carbone et des gaz inertes : l'hélium et l'azote, les plus courants pour les lasers.

Cependant, ils sont moins puissants que les lasers à fibre. CO₂ Les machines laser ne peuvent que Ces machines permettent de découper des matériaux non métalliques comme le bois, l'acrylique et les plastiques. Dans certains cas, elles peuvent également servir à la découpe laser de tôles, notamment de fines feuilles d'aluminium et d'autres métaux non ferreux.

[Vous pourriez vouloir savoir Laser à fibre ou laser CO2 : lequel vous convient le mieux ?.]

Lasers à cristal

Les découpeuses laser à cristal existent sous deux formes : Nd:YAG (grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme) et Me:YVO (orthovanadate d'yttrium dopé au néodyme, YVO4). Ces deux types de découpeuses sont extrêmement puissantes. Cependant, elles sont relativement coûteuses et leur durée de vie est environ deux fois inférieure à celle des lasers à fibre (8 000 à 15 000 heures). Elles conviennent à la découpe des métaux, revêtus ou non, des non-métaux et des plastiques, et même de la céramique dans certaines conditions.

Trois procédés de découpe laser de tôle

La découpe laser de tôle est un procédé thermique qui consiste à utiliser un faisceau laser pour découper des pièces dans une tôle. Il existe principalement trois méthodes de découpe de tôle.

Découpe par fusion laser

La découpe par fusion utilise un gaz de coupe inerte, souvent de l'azote ou de l'argon, pour expulser le matériau en fusion de la torche. L'utilisation de ce gaz inerte empêche l'oxydation du tranchant sans altérer le procédé. Ce procédé est particulièrement adapté aux tôles plates et fines, ainsi qu'aux applications exigeant un aspect impeccable et nécessitant peu de finitions.

Découpe au laser par flamme

Le découpage à la flamme utilise l'oxygène gazeux pour expulser le matériau en fusion. Il provoque une réaction exothermique, ce qui explique l'augmentation de l'énergie totale consommée par le procédé. Ce procédé est idéal pour la découpe de l'acier doux, ainsi que d'autres types de tôles et de matériaux fusibles comme la céramique.

Découpe par sublimation laser

La découpe par sublimation utilise un laser pour vaporiser certaines parties d'un matériau, limitant ainsi sa fusion. À l'instar de la découpe par fusion, elle emploie des gaz inertes (azote, hélium ou argon) qui garantissent des bords de coupe exempts d'oxydants. Bien que lente, cette technique permet d'obtenir des bords d'excellente qualité pour une découpe de haute précision.

Avantages de la découpe laser de la tôle

Voici cinq avantages essentiels de cette technique de fabrication.

Découpes de haute précision

Le faisceau laser permet de découper les métaux avec une précision extrême. La précision avec laquelle le laser fond et vaporise les matériaux est incomparable à celle de nombreuses autres méthodes de découpe. Alors que certains outils de découpe à l'emporte-pièce présentent une tolérance de 1 à 3 mm, les découpeuses laser atteignent une précision de 0,003 mm.

Utilisation élevée des feuilles

Les découpeuses laser permettent d'utiliser une grande partie des matériaux de fabrication. Cette technologie minimise les pertes, voire les élimine complètement : la machine maximise le nombre de pièces utilisables à partir de chaque tôle. Ainsi, vous n'avez plus à vous soucier des surplus de matériaux ; vous pouvez acheter la quantité exacte en étant certain d'en avoir assez.

Polyvalence de coupe extrême

Les opérations de découpe laser sont extrêmement flexibles et polyvalentes. Une seule machine de découpe laser convient parfaitement à différentes opérations, qu'il s'agisse de découpes simples, de découpes complexes avec des détails précis, de marquages, de perçages ou même de gravures. Par conséquent, les fabricants n'ont pas besoin de changer d'outillage fréquemment pendant le processus.

Faible utilisation de l'énergie

Contrairement à d'autres machines de découpe, les découpeuses laser ne nécessitent pas le déplacement de différentes pièces. Cela leur permet de découper efficacement des pièces de matériau en consommant peu d'énergie. Alors qu'une découpeuse laser peut fonctionner avec 10 kW, la plupart des autres procédés consomment jusqu'à cinq fois plus d'énergie.

Peu ou pas de dégâts

Vous pensez peut-être que l'exposition à la chaleur lors de la découpe laser peut entraîner des déformations, voire des dommages irréversibles. Rassurez-vous, c'est faux. Les zones affectées par la chaleur lors de la découpe laser sont minimes et ne présentent aucun risque pour la précision des caractéristiques ou des composants après fabrication.

Inconvénients de la découpe laser de la tôle

Malgré ses nombreux avantages, la découpe laser de tôles présente quelques inconvénients. Examinons-les.

Besoin d'un opérateur spécialisé

Pour optimiser l'utilisation de vos découpeuses laser, il peut être judicieux de faire appel à un professionnel pour la fabrication des pièces. Un expert, par exemple, détectera rapidement toute anomalie ou configuration incorrecte susceptible d'affecter la production, voire l'intégrité de la machine.

Limites relatives à l'épaisseur du métal

Bien que la découpe laser soit performante avec une large gamme de matériaux, y compris les tôles métalliques, il est conseillé d'utiliser d'autres procédés de découpe pour les métaux épais. Les découpeuses laser classiques sont idéales pour découper des tôles d'aluminium d'une épaisseur maximale de 15 mm et d'acier de 6 mm.

Gaz nocifs

Lors de la découpe de plastique, les machines de découpe laser, en fondant et en vaporisant les matériaux, dégagent d'importantes quantités de fumées nocives. Il est donc essentiel de les utiliser dans une pièce bien ventilée ou un environnement de travail sécurisé.

Investissement initial élevé

Le coût d'une découpeuse laser haut de gamme est élevé. Une découpeuse laser standard coûte environ $3000, soit deux fois plus cher qu'une découpeuse au jet d'eau ou au plasma. Pour proposer des services de découpe laser à titre professionnel, un investissement initial important est nécessaire.

Conseils de conception pour les pièces découpées au laser

Pour une utilisation optimale des services de découpe laser pour vos pièces, veuillez suivre les conseils ci-dessous concernant la conception de vos produits.

Vos informations ne peuvent pas être plus petites que l'épaisseur du métal.

L'épaisseur est un facteur important à prendre en compte lors des opérations de découpe laser. Elle est directement liée à la puissance du laser. Par conséquent, plus l'épaisseur est importante, moins le laser peut pénétrer et découper le matériau. Cependant, augmenter la puissance du laser peut parfois accroître les chances de réussir la découpe.

Souvenez-vous de la brèche

La conception du laser met en évidence le phénomène de « kerf » (épaisseur de matière évaporée lors de la découpe au laser). Ce phénomène n'est pas propre à la découpe laser ; il est également présent dans d'autres procédés d'usinage soustractif. La découpe laser avec « kerf » est due à l'épaisseur du faisceau laser. Il est donc essentiel d'en tenir compte dès la phase de conception.

Choisir le bon matériau

Le choix du matériau est primordial avant une opération de découpe laser. Il dépend des propriétés souhaitées pour le produit final. Par exemple, les matériaux présentent des propriétés différentes en termes de rigidité, de translucidité et de flexibilité. Chez Rapid Direct, vous avez accès à la découpe laser de tôles, de plastiques, de papier, etc.

Les espacements sont importants

L'espacement est crucial en découpe laser pour minimiser les erreurs et obtenir un résultat optimal. L'espacement minimal doit être égal à l'épaisseur du matériau. Par exemple, pour la découpe laser de tôle, si l'épaisseur est de 2 mm, l'espacement entre deux passes sera de 2 mm. Ce paramètre est également important pour la découpe laser de pièces de tôle de formes variées.

Convertissez votre texte en points d'ancrage et en courbes

Toutes les opérations laser ne nécessitent pas la découpe de texte. Cependant, si vous devez intégrer du texte, espacez les lettres et écrivez-les en gros caractères. Cela garantit une opération plus fluide et un résultat optimal. Si les lettres sont trop rapprochées, elles risquent de se chevaucher et de rendre l'inscription illisible.

La connaissance des conseils ci-dessus peut contribuer à réduire les coûts de fabrication de la tôle.

Alternatives à la découpe laser

Vous ne souhaitez peut-être pas utiliser la découpe laser et vous ne savez pas comment découper des formes dans de la tôle ; vous trouverez ci-dessous d’autres options haut de gamme pour vos besoins de fabrication.

EDM

L'usinage par électroérosion (EDM), tout comme la découpe laser, utilise l'énergie thermique pour enlever de la matière. Il exploite les décharges électriques (étincelles) pour découper la forme souhaitée. Comparé à la découpe laser, l'EDM offre un meilleur état de surface et une zone affectée thermiquement plus réduite. De plus, il est adapté à l'usinage de matériaux trempés.

Fraisage CNC

Le fraisage CNC consiste à utiliser des fraises rotatives à grande vitesse pour façonner des matériaux. Les opérations de fraisage sont performantes sur les métaux, les alliages et les non-métaux. À l'instar de la découpe laser, il s'agit d'un procédé de fabrication soustractif de haute précision. La principale différence entre les deux procédés réside dans le mode de coupe : le fraisage utilise des outils de coupe rotatifs pour sculpter ou façonner des formes, tandis que la découpe laser utilise des faisceaux lumineux, la fusion laser ou la gravure par combustion pour obtenir la forme souhaitée.

Découpe au jet d'eau

La découpe au jet d'eau est une technique de fabrication qui consiste à utiliser de l'eau, ou un mélange d'eau et de substances abrasives, sous haute pression pour découper une pièce de matériau.

Vous trouverez ci-dessous une comparaison entre la découpe au jet d'eau et la découpe au laser.

• Les découpeuses laser peuvent graver des chiffres ou des marques, tandis que la découpe au jet d'eau ne permet que la découpe.
• Les deux méthodes conviennent à la découpe d'une large gamme de matériaux. Cependant, les découpeuses à jet d'eau ne peuvent pas découper des matériaux plus épais que les découpeuses laser, jusqu'à 50 mm.
• La découpe laser offre de meilleurs niveaux de tolérance et une plus grande précision des détails, ce qui en fait le meilleur choix pour les géométries complexes.

Perforation

Le poinçonnage utilise une presse à poinçonner pour découper la forme souhaitée dans une pièce de matériau. Comme d'autres opérations CNC, le poinçonnage est une technique de fabrication de pièces de haute précision, adaptée à une vaste gamme de matériaux. Cependant, il n'est pas idéal pour la fabrication de composants aux géométries complexes.

Conclusion

La découpe laser est une technologie utilisée en prototypage rapide pour la découpe de matériaux. Cet article a présenté son fonctionnement, son historique, ses différents types et d'autres informations utiles. Nous espérons que vous avez appris au moins une chose sur la découpe laser. Pour des produits de découpe laser de qualité supérieure, faites confiance à Krrass.

Pour en savoir plus sur nos produits, veuillez visiter et vous abonner à notre newsletter. chaîne YouTube