Tête de découpe laser : Guide de sélection

I. Introduction

Le tête de découpe laser Le filtre est un composant essentiel d'une machine de découpe laser, influençant directement la précision, la vitesse et la qualité de la découpe. Il focalise le faisceau laser en un point de haute énergie, qui découpe ensuite la surface du matériau. Ses performances ont un impact direct sur la précision, la vitesse et la qualité de la découpe. Vous trouverez ci-dessous le détail de son principe de fonctionnement, sa structure, ses principaux paramètres, sa classification et les points clés à prendre en compte lors de son achat.
La tête de découpe laser fonctionne en focalisant un laser de haute énergie sur la surface du matériau grâce à un système de focalisation. Sous l'effet de l'énergie laser, la température locale du matériau s'élève rapidement au-delà de son point de fusion. Simultanément, une buse coaxiale au faisceau éjecte un gaz à haute pression, détachant le métal en fusion et créant une cavité à la surface du matériau. La tête de découpe laser se déplaçant selon un processus programmé, elle découpe finalement le matériau selon la forme souhaitée. Selon le principe de découpe, on distingue quatre types : la découpe par vaporisation laser, la découpe par fusion laser, la découpe à l'oxygène laser et le traçage et la fracture contrôlée par laser.

II. Structure de base de la tête de découpe laser

Collimateur : Il convertit le faisceau laser divergent émis par le laser en lumière parallèle, assurant une distribution uniforme de l'énergie lors de la transmission et fournissant une source lumineuse stable pour la focalisation ultérieure. Les matériaux couramment utilisés sont le quartz ou le séléniure de zinc (adaptés à la longueur d'onde du laser ; par exemple, le séléniure de zinc est couramment utilisé pour les lasers CO₂).
Lentille de mise au point : Ce procédé concentre la lumière parallèle en un point extrêmement petit (de l'ordre du micromètre de diamètre), concentrant ainsi l'énergie et permettant la fusion ou la vaporisation instantanée du matériau. La distance focale détermine la taille du point et la distance de travail (plus la distance focale est courte, plus le point est petit et plus la distance de travail est courte). Le choix de la distance focale doit se faire en fonction de l'épaisseur du matériau à découper et de la précision requise.
Ajutage: L'injecteur injecte un gaz auxiliaire (oxygène, azote ou air comprimé) pour évacuer les scories générées lors de la découpe, évitant ainsi leur adhérence à la surface du matériau et tout dommage à la lentille de focalisation. Il favorise également la combustion (par exemple, l'oxygène est utilisé pour la découpe de l'acier au carbone) ou inhibe l'oxydation (par exemple, l'azote est utilisé pour la découpe de l'acier inoxydable). Les buses sont classées selon leur forme (ronde ou carrée) et leur diamètre d'ouverture (0,8 mm, 1,0 mm ou 1,5 mm), en fonction du type et de l'épaisseur du matériau (par exemple, les buses à grand diamètre d'ouverture sont utilisées pour la découpe de tôles épaisses).
Capteurs de suivi : Le système de détection et de rétroaction est essentiel pour une découpe laser automatisée et intelligente. Ce système comprend principalement divers capteurs, tels que des capteurs de hauteur, de température et de puissance laser. Le capteur de hauteur surveille en temps réel la distance entre la tête de découpe et la surface de la plaque et transmet ces données au système de contrôle, garantissant ainsi le maintien d'une hauteur de découpe optimale et évitant toute dégradation de la qualité de découpe due à des irrégularités ou à la déformation de la plaque pendant la découpe.
Le capteur de température surveille les variations de température pendant la découpe, permettant ainsi d'ajuster la puissance du laser et la vitesse de découpe afin d'éviter que des températures trop élevées ou trop basses n'affectent les résultats. Le capteur de puissance laser contrôle la puissance de sortie du laser en temps réel, garantissant sa stabilité et une découpe homogène et fiable. Le système de détection et de rétroaction fonctionne de concert avec le système de contrôle pour permettre une surveillance en temps réel et des ajustements automatiques du processus de découpe, améliorant ainsi la qualité de découpe et la productivité. Lentille de protection : située devant la lentille de focalisation, elle bloque les projections de scories et de poussière pendant la découpe, protégeant ainsi la lentille de focalisation, pièce d'usure, de toute contamination ou dommage. Il s'agit d'une pièce consommable nécessitant un remplacement régulier.
Circuit de refroidissement: Disponibles en deux versions : refroidissement par eau et refroidissement par air. Les systèmes de refroidissement par eau évacuent la chaleur grâce à la circulation d’un liquide de refroidissement et conviennent aux opérations de découpe à haute puissance. Les systèmes de refroidissement par air utilisent un flux d’air pour réduire la température et conviennent aux opérations de découpe à puissance moyenne et faible. Ceci évite la surchauffe de la tête de coupe, prolonge sa durée de vie et garantit un processus de découpe stable.
Module de contrôle : Il gère l'émission du faisceau laser, le réglage de la distance focale, le contrôle du débit de gaz auxiliaire et d'autres paramètres. Son interopérabilité avec une commande numérique ou un système d'automatisation permet des opérations de découpe précises et une production automatisée.
Système de transmission par fibre optique : Principalement utilisé dans les têtes de découpe laser à fibre, il transmet le faisceau laser généré par le laser à la tête de découpe. Il se caractérise par une efficacité et une stabilité élevées, garantissant ainsi le maintien de l'énergie du faisceau laser lors de la transmission sur de longues distances.
Système de contrôle des gaz : Le système de contrôle des gaz joue un rôle crucial dans le processus de découpe laser. Lors de la découpe, un gaz à haute pression est injecté dans la zone de coupe. Ses principales fonctions sont l'évacuation des scories générées par la découpe afin d'obtenir une ligne de coupe nette ; la protection de la lentille de focalisation contre les projections de scories et les dommages ; et l'assistance au laser lors de la découpe de la tôle, améliorant ainsi la vitesse et la qualité de la découpe. Le système de contrôle des gaz se compose principalement d'une buse à gaz, d'une tuyauterie de gaz, d'une vanne de régulation de débit et d'un régulateur de pression. La conception et la position de la buse à gaz influencent considérablement l'efficacité de l'injection de gaz. Différents procédés de découpe et matériaux de tôle nécessitent différents types et structures de buses à gaz. La vanne de régulation de débit et le régulateur de pression permettent de contrôler précisément le débit et la pression du gaz afin de répondre aux exigences spécifiques de chaque découpe.

III. Paramètres de base de la tête de découpe laser (facteurs clés affectant les performances de découpe)

Le diamètre du point focalisé détermine directement la densité d'énergie : Les tailles de spot plus petites (par exemple, 20-50 μm) entraînent une densité d'énergie plus élevée, ce qui les rend adaptées à la découpe fine (par exemple, les tôles métalliques minces et les pièces de précision) ; les tailles de spot plus grandes sont plus adaptées à la découpe de plaques épaisses (nécessitant une puissance plus élevée).
En lien avec la distance focale et la qualité du faisceau : Une lentille de mise au point à courte focale (par exemple, 50 mm) produit une taille de point plus petite, tandis qu'une longue focale (par exemple, 150 mm) convient à la découpe de plaques épaisses ou à la découpe de pentes abruptes.
Distance de travail : Cela concerne la distance entre l'extrémité de la buse et la surface du matériau ; elle doit correspondre à la distance focale de la lentille de focalisation. Une distance de travail trop courte risque d'entraîner une collision entre la buse et le matériau, tandis qu'une distance trop longue réduit la densité d'énergie et nuit à la qualité de la coupe.
Plage de réglage : Ceci inclut la plage de réglage de la distance focale (pour s'adapter aux différentes épaisseurs de matériaux) et la plage de réglage de la hauteur de suivi (pour compenser les ondulations de surface). Plus la plage est étendue, plus l'appareil est polyvalent. Type et puissance du laser compatibles : le laser doit correspondre à la longueur d'onde (par exemple, laser à fibre de 1 064 nm, laser CO₂ de 10,6 µm) et à la puissance. Les lasers haute puissance (par exemple, 6 000 W et plus) nécessitent une tête de découpe à dissipation thermique et résistance aux dommages améliorées (par exemple, refroidissement par eau et lentilles à seuil élevé).
Vitesse de réponse : La vitesse de réponse du dispositif de détection et de réglage du capteur influe sur la stabilité lors de la découpe à grande vitesse (par exemple, lors de la découpe de courbes ou d'angles vifs, la hauteur de suivi doit être ajustée rapidement pour éviter la brûlure des bords ou la rupture du fil).

IV. Classification courante des têtes de découpe laser (selon le type d'adaptateur laser)

Tête de découpe laser à fibre : Compatibles avec les lasers à fibre de 1064 nm, ces lasers sont largement utilisés pour la découpe des métaux (acier au carbone, acier inoxydable, alliage d'aluminium, etc.). Leur structure compacte, leur tolérance élevée à la puissance et leur grande précision de focalisation les rendent adaptés aux applications de découpe de moyenne à haute puissance (1000 W à 30 000 W).
Têtes de découpe laser CO₂ : Compatibles avec les lasers CO₂ de 10,6 µm, elles sont principalement utilisées pour la découpe de matériaux non métalliques (bois, acrylique, tissu, etc.) et de certains métaux fins. Elles nécessitent des lentilles en matériaux transmettant l’infrarouge (comme le séléniure de zinc), sont plus sensibles à la poussière ambiante et requièrent une protection renforcée.
Tête de découpe laser UV : Compatibles avec les lasers UV (tels que ceux de 355 nm), ces têtes de découpe sont utilisées pour la micro-découpe de haute précision (par exemple, circuits imprimés, saphir et couches minces). Elles se caractérisent par une taille de spot extrêmement réduite (inférieure à 10 µm) et une zone affectée thermiquement minimale, ce qui les rend idéales pour l'industrie électronique de précision. Les lasers à semi-conducteurs (tels que les lasers Nd:YAG et Nd:YVO₄, d'une longueur d'onde de 1064 nm) présentent une conception optique similaire à celle des têtes de découpe laser à fibre (même longueur d'onde), mais nécessitent une adaptation au mode pulsé. Nombre d'entre eux intègrent des modules de modulation d'énergie d'impulsion, ce qui les rend compatibles avec la découpe pulsée (réduisant ainsi la déformation thermique). Avantages : Précision de découpe extrêmement élevée (de l'ordre du micromètre) en mode pulsé. Inconvénients : Faible puissance (généralement inférieure à 500 W) et faible rendement, ce qui explique leur remplacement progressif par des lasers à fibre de forte puissance.

V. Points clés pour la sélection des têtes de découpe laser

1. Adaptez les paramètres du laser : assurez-vous que la compatibilité de longueur d’onde et la tolérance de puissance de la tête de découpe sont compatibles avec le laser (par exemple, un laser à fibre haute puissance nécessite une tête de découpe haute puissance dédiée).
2. Tenez compte du matériau et de l'épaisseur à découper : pour les matériaux fins et les découpes fines, choisissez une tête de découpe à courte focale et à petite taille de point ; pour les matériaux épais, sélectionnez une longue focale et une buse à grande ouverture, et assurez-vous que la plage de réglage couvre l'épaisseur du matériau.
3. Privilégiez la stabilité et la durabilité : optez pour des produits dotés d’une dissipation thermique efficace (refroidissement par eau), de buses très résistantes à l’usure et de lentilles de protection faciles à remplacer afin de réduire les coûts de maintenance.
4. Fonctions d'automatisation : Pour la production en série ou les pièces complexes, choisissez des têtes de coupe avec mise au point automatique et systèmes de suivi de vitesse à réponse rapide pour améliorer l'efficacité et la régularité.
5. Marque et service après-vente : Les têtes de coupe de marques réputées (telles que Precitec, Raytools et Wanshunxing) offrent des performances plus stables et bénéficient d’un réseau de service après-vente complet, ce qui les rend adaptées à une utilisation à long terme.

VI. Scénarios d'application

1. Traitement des métaux : Découpe plane de plaques d'acier inoxydable, de plaques de fer, d'alliages d'aluminium, etc. (à l'aide de têtes de découpe laser à fibre).
2. Traitement non métallique : gravure et découpe acrylique, découpe de tissu, sculpture sur bois (à l'aide de têtes de découpe laser CO₂).
3. Fabrication de précision : microdécoupe d'écrans de téléphones portables, de composants électroniques et de dispositifs médicaux (à l'aide de têtes de découpe à ultraviolets ou à fibres de haute précision).

VII. Marques de têtes de découpe laser

Les marques locales de têtes de découpe laser privilégient le rapport qualité-prix et les services de proximité, et innovent et réalisent des avancées technologiques constantes. Quant aux marques étrangères, fortes de leur expertise technique et de leurs procédés de fabrication de pointe, elles ont acquis un avantage certain sur le marché haut de gamme. Voici quelques caractéristiques communes aux marques locales et étrangères :
Tête de découpe laser Precitec : Leader mondial des têtes de découpe laser, cette tête de coupe est reconnue pour son autofocus exceptionnel et son rendement élevé. Elle ajuste automatiquement la distance focale en fonction de l'épaisseur et du type de matériau, est fabriquée avec des matériaux de haute qualité, supporte une puissance de coupe extrêmement élevée et est compatible avec divers équipements de découpe laser, tels que les lasers à fibre et les lasers CO₂. Elle est largement utilisée dans le domaine de la découpe de métaux de haute précision.
Tête de découpe laser IPG Photonics : Fabricant de lasers à fibre de renommée mondiale, IPG propose une tête de découpe laser reconnue pour l'efficacité et la stabilité de son faisceau. Cette tête de découpe, compatible avec les lasers à fibre et supportant les lasers haute puissance, est idéale pour la découpe de métaux épais. Performante dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et autres, elle se distingue par ses faibles coûts de maintenance.
Trumpf Tête de découpe laser: Cette entreprise allemande de renom, spécialisée dans les équipements de traitement laser, propose une tête de découpe laser d'une précision extrême, idéale pour les métaux fins et les formes complexes. Dotée de capteurs intelligents et d'un système de mise au point automatique, elle ajuste automatiquement les paramètres de découpe. Conçue pour une longue durée de vie, elle offre une excellente résistance à la corrosion et une grande robustesse, et se prête parfaitement à la production en série.
Tête de découpe laser BOCHI : La tête de découpe BOCHI est un produit de Shanghai Bochi Electronic Technology Co., Ltd., entreprise réputée dans le domaine du contrôle de la découpe laser. Elle propose plusieurs gammes de produits pour différentes puissances et applications. Par exemple, la BLT310 est une tête de découpe intelligente très économique, conçue pour les puissances moyennes et faibles ; la BLT6 est une tête de découpe intelligente développée pour les équipements laser ultra-haute puissance, supportant une puissance maximale de 40 kW ; et il existe également des combinaisons de plusieurs produits telles que les séries 3T, 4T et 5H pour la découpe de tubes. La BLT310, par exemple, est compacte, légère et intègre plusieurs capteurs intelligents, permettant une surveillance intelligente en boucle fermée en temps réel, un diagnostic rapide et une alerte précoce. Équipée d'un capteur de pression d'air standard, elle offre un contrôle du gaz plus précis, une qualité de coupe plus stable et une protection contre l'explosion de la lentille. De plus, sa vitesse de mise au point est plus rapide, sa plage de mise au point plus large, sa perforation plus efficace et elle prend en charge un plus grand nombre de procédés de découpe.
Tête de découpe laser Raytools : Fabricant chinois de têtes de découpe laser, l'entreprise a conquis un large marché grâce à son excellent rapport qualité-prix et à son solide support technique. Ses têtes de découpe sont compatibles avec divers systèmes laser, tels que les lasers à fibre et les lasers CO₂, et sa gamme de produits répond aux besoins des applications de basse à haute puissance. La conception simplifie l'utilisation et la maintenance, réduisant ainsi les temps d'arrêt.
Tête de découpe laser WSX : Spécialisée dans la recherche et le développement de têtes de découpe laser performantes et stables, cette machine excelle dans l'usinage de précision des métaux et la découpe de tôles fines. Dotée d'une mise au point automatique et de capteurs intelligents, elle optimise automatiquement les paramètres de découpe en fonction du matériau et offre un support technique complet ainsi qu'un service après-vente de qualité.
Han's Laser : une marque de Daqin Laser, dont les produits tels que la tête de découpe tridimensionnelle à cinq axes RC304 présentent des avantages en matière de découpe de surfaces irrégulières tridimensionnelles, brisant le contrôle de quelques géants de l'industrie à l'étranger et représentant le plus haut niveau technique actuel des machines-outils CNC au monde.

Résumé:

Le choix des têtes de découpe laser doit respecter les principes de “ coordination des paramètres, d'adaptation des performances et de focalisation sur le scénario ”. Grâce à des tests scientifiques et à l'accumulation de données, un système de processus précis peut être mis en place. Par exemple, une entreprise de composants automobiles a amélioré l'efficacité de découpe de l'acier inoxydable 35% et réduit le taux de défauts de 5% à 1,2% en adoptant la tête de découpe “ BL310 ” de BOCU et sa base de données de processus, confirmant ainsi l'intérêt d'une sélection systématique. À l'avenir, avec l'intégration poussée des technologies d'IA et d'IoT, les têtes de découpe évolueront vers des fonctions “ d'auto-détection, d'auto-décision et d'auto-optimisation ”, favorisant ainsi la modernisation intelligente du traitement laser. Pour plus d'informations sur les têtes de découpe laser, veuillez… Contactez-nous!