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La découpe au laser est un processus thermique avec de nombreuses applications dans le secteur de la fabrication industrielle. Les machines de découpe laser sont capables de graver et de découper rapidement des tôles métalliques, y compris dans les formes les plus complexes, tout en offrant des résultats de haute qualité.
Dans cet article, nous allons explorer le processus de découpe au laser, les techniques et les différents gaz d'assistance, y compris l'azote, l'oxygène et l'air comprimé, pour vous aider à en comprendre les principes et les avantages.
Qu'est-ce que la découpe au laser ?
La découpe au laser est un processus s'appuyant sur un laser de grande puissance piloté par un système de commande numérique par ordinateur (CNC) et focalisé via des dispositifs optiques pour découper des matériaux. Ce processus est largement utilisé dans divers secteurs, y compris l'automobile, l'aérospatiale, l'électronique et le médical, pour découper des matériaux tels que les métaux, les plastiques, la céramique, le bois, les tissus et le papier.
La découpe au laser se base sur un faisceau laser focalisé permettant de faire fondre le matériau dans une zone localisée, à l'aide d'un jet de gaz coaxial, et de créer une entaille. Le faisceau laser lui-même n'est pas affecté par le gaz, mais il peut en revanche brûler, faire fondre ou vaporiser les matériaux. Les débris qui en résultent sont quant à eux éliminés par ledit gaz, garantissant ainsi une finition de haute qualité.
La découpe au laser peut également être utilisée pour le soudage et la gravure. Les trois principales techniques de découpe au laser sont le laser au CO2, le laser au néodyme (Nd) et le laser au grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme (Nd:YAG). Le type de laser utilisé peut affecter les performances. Les avantages de la découpe au laser sont la précision, la réduction de la contamination et la facilité de maintien des pièces d'œuvre. Les lasers à fibre, en particulier, sont connus pour leur précision de découpe supérieure. L'un des principaux avantages des lasers à fibre est leur capacité à fournir un faisceau de qualité constante sur de longues distances, ce qui permet une découpe uniforme de divers matériaux et diverses épaisseurs. Cette constance contribue à une qualité de finition optimale et réduit le besoin de reprise.
Comment fonctionne une machine de découpe au laser ?
Les machines de découpe au laser dirigent un faisceau laser haute puissance à travers un dispositif optique et sur le matériau à découper. Le faisceau laser est focalisé à travers une lentille et projeté sur le matériau, ce qui permet de le faire fondre ou de le vaporiser dans une zone localisée grâce à l'augmentation rapide de la température. Un jet de gaz coaxial élimine ensuite la matière fondue et crée une entaille. Le jet de gaz contribue également à refroidir le matériau et à empêcher sa déformation. La machine de découpe au laser est pilotée par un système de commande numérique par ordinateur (CNC), qui garantit la précision du processus de découpe.
Que sont les gaz d'assistance utilisés dans la découpe au laser ?
Des gaz d'assistance sont utilisés pour améliorer la qualité et l'efficacité du processus de découpe au laser. Le gaz d'assistance aide à éliminer la matière fondue et l'empêche de se solidifier en surface de la pièce d'œuvre. Il permet également de refroidir le matériau et d'éviter sa déformation. Les gaz d'assistance le plus couramment utilisés dans la découpe au laser sont l'azote, l'oxygène et l'air comprimé.
1. Utilisation d'azote dans la découpe au laser
L'azote est le gaz d'assistance le plus couramment utilisé pour la découpe au laser, grâce à ses propriétés inertes. Il a pour vocation de garantir les performances optimales du laser, en particulier lorsque les exigences de qualité de la découpe sont élevées. L'azote élimine l'oxygène dans l'air et l'empêche ainsi de réagir avec le métal chaud, ce qui permet d'obtenir une découpe parfaite et brillante, sans affecter la couleur du matériau (cet aspect dépend de la pureté de l'azote utilisé). L'azote gazeux est inerte et empêche l'oxydation de l'arête de découpe en permettant au laser de fonctionner dans un environnement exempt d'oxygène. L'utilisation d'azote permet de bénéficier d'une solution prête à l'emploi garantissant une alimentation en azote sur demande peu coûteuse et efficace assurant des vitesses de découpe plus élevées, une productivité optimale et un meilleur contrôle.
2. Utilisation d'oxygène dans la découpe au laser
L'oxygène est utilisé dans la découpe au laser pour découper des matériaux difficiles que les autres méthodes ne parviennent pas à traiter. L'oxygène est un gaz hautement réactif qui provoque une réaction exothermique en multipliant la puissance du faisceau laser, ce qui permet de découper des matériaux plus épais. L'oxygène réagit avec le matériau découpé, créant ainsi une réaction chimique qui engendre la fonte et la vaporisation du matériau. Selon le matériau, l'oxygène est également utilisé pour augmenter la vitesse de découpe et réduire les coûts du processus de découpe. Cependant, l'oxygène peut provoquer une oxydation, ce qui peut se traduire par la formation d'une couche de carbone sur l'arête de découpe, entraînant ainsi un résultat insatisfaisant et des problèmes d'adhérence en cas d'application de revêtement ou de peinture sur la surface oxydée. En raison de la grande réactivité de l'oxygène, il n'est pas possible de réaliser des découpes très fines.
3. Utilisation d'air comprimé dans la découpe au laser
L'air comprimé peut également être utilisé comme gaz d'assistance pour la découpe au laser et permet de gagner du temps et de réaliser des économies. Cependant, il ne permet pas d'obtenir des découpes très nettes en raison de sa teneur en oxygène de 21 %. Ainsi, les pièces découpées selon cette technique doivent généralement être ébavurées avant d'être traitées, ce qui implique du travail supplémentaire. Cette technique de découpe est adaptée aux pièces qui seront ultérieurement peintes ou soudées et pour lesquelles la couleur de l'arête de découpe n'a pas d'importance.
Quelle est la pureté de gaz d'assistance habituellement utilisée ?
La pureté du gaz d'assistance dépend des exigences du client en termes de produit final. Cependant, il faut tenir compte des points suivants :
L'utilisation d'air atmosphérique ne permet pas de modifier la pureté de l'air. La composition de l'air sera donc de 78 % d'azote et d'environ 21 % d'oxygène.
L'utilisation d'oxygène permet généralement de bénéficier d'une pureté supérieure à 99,5 %.
La pureté de l'azote dépendra en revanche du matériau à découper, des étapes de traitement ultérieures du matériau, de l'importance de la couleur de l'arête de découpe, etc.
Il faut également garder à l'esprit que la réduction de la pureté de l'azote permet de réduire considérablement les coûts.
Un gaz d'assistance tel que l'azote peut-il être produit dans l'usine ?
Oui, il est possible de produire votre propre gaz d'assistance comme l'azote dans les locaux de l'usine. En intégrant un système de production de gaz haute pression dans l'installation, les entreprises peuvent assurer une alimentation en gaz continue, disponible 24 h/24, 7 j/7. Cette approche permet non seulement de réduire les coûts d'exploitation, mais également de contrôler totalement la consommation de gaz. En outre, en éliminant les besoins de transport par camion, les entreprises peuvent réduire considérablement leurs émissions de CO2, contribuant ainsi au respect de l'environnement.
Générateurs d'azote pour la découpe au laser
Les générateurs d'azote sont essentiels pour optimiser les opérations de découpe au laser et offrent un certain nombre d'avantages. Il existe deux types de générateurs d'azote : les générateurs d'azote à membrane et les générateurs d'azote PSA (adsorption par variation de pression), qui permettent d'atteindre des niveaux de pureté très élevés.
Les entreprises qui utilisent de l'azote pour la découpe au laser peuvent réduire considérablement leurs coûts en produisant leur propre azote, éliminant ainsi le besoin d'acheter le gaz auprès de fournisseurs tiers. Cette production en interne garantit également un meilleur contrôle de la pureté de l'azote, ce qui assure une qualité constante sans dépendance vis-à-vis de fournisseurs externes.
En outre, en produisant de l'azote sur site, les entreprises contribuent à protéger l'environnement en réduisant les émissions dues au transport et en limitant la dépendance aux méthodes de production d'azote traditionnelles. Dans l'ensemble, l'utilisation de générateurs d'azote est un choix pragmatique pour toute entreprise cherchant à optimiser l'efficacité et la protection de l'environnement dans le cadre de ses processus de découpe au laser.
Compresseurs haute pression et surpresseurs pour la découpe au laser
Les machines de découpe au laser utilisent souvent de l'air comprimé ou des gaz pour diverses fonctions, y compris l'alimentation du laser lui-même. Les compresseurs haute pression et les surpresseurs fournissent l'air comprimé ou les gaz d'assistance, tels que l'azote, nécessaires au processus de découpe au laser. Ils garantissent une source d'alimentation constante et fiable pour le laser, contribuant ainsi à des découpes stables et précises. Les compresseurs haute pression sont utilisés pour comprimer les gaz tels que l'azote ou l'oxygène dans le cadre de la découpe au laser. La mise sous pression des gaz d'assistance améliore le processus de découpe au laser et facilite l'alimentation en gaz haute pression au niveau la tête de découpe, pour des performances optimales.
Les systèmes de découpe au laser intègrent souvent des compresseurs haute pression ou des surpresseurs dans le cadre d'une solution intégrée, pour une configuration rationalisée et efficace des applications de découpe au laser. L'intégration de compresseurs haute pression à des systèmes de découpe au laser permet de bénéficier d'une solution complète pour vos applications industrielles.
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