Classification et application de la découpe laser

  17 Sep , 2020         Chris         8965

Coupe vaporisée

   Pendant le processus de gazéification et de coupe au laser, la température de surface du matériau monte au point d’ébullition à un tel rythme qu’il évite la fonte causée par le transfert de chaleur, de sorte qu’une partie du matériau se vaporise en vapeur et disparaît, et une partie du matériau est soufflé loin du fond de la fente comme une éjective par le flux de gaz auxiliaire. Cela nécessite une puissance laser très élevée.

   L’épaisseur du matériau ne doit pas dépasser largement le diamètre du faisceau laser afin d’éviter la condensation de vapeur sur le mur fendu.

ne convient donc qu’aux applications où l’exclusion des matières en fusion doit être évitée. Ce processus n’est en fait utilisé que dans un très petit champ de fer - alliages à base.

  Le procédé ne peut pas être utilisé pour des matériaux, tels que le bois et certaines céramiques, qui n’ont pas d’état de fusion et sont donc moins susceptibles de permettre au matériau de se condenser à nouveau. En outre, ces matériaux sont souvent utilisés pour obtenir des incisions plus épaisses. Dans la découpe de gazéification au laser, la mise au point optimale du faisceau dépend de l’épaisseur du matériau et de la qualité du faisceau.

   La puissance laser et la chaleur de gazéification n’ont qu’une certaine influence sur l’emplacement optimal de mise au point. La vitesse de coupe maximale est inversement proportionnelle à la température de gazéification du matériau lorsque l’épaisseur de la plaque est certaine. La densité de puissance laser requise est supérieure à 108W/cm2 et dépend du matériau, de la profondeur de coupe et de la mise au point du faisceau. La vitesse de coupe maximale est limitée par la vitesse du jet de gaz lorsque l’épaisseur de la plaque est certaine, en supposant une puissance laser suffisante.

Fondre et couper

   Dans la coupe de fusion laser, la pièce est partiellement fondue et le matériau fondu est pulvérisé par le flux d’air. Parce que le matériau n’est transféré qu’à l’état liquide, le processus est appelé coupe de fusion laser.

   Le faisceau laser couplé à un gaz de coupe inerte de haute pureté provoque le matériau fondu de quitter la fente, et le gaz lui-même n’est pas impliqué dans la coupe.

   La coupe de fusion au laser peut atteindre une vitesse de coupe plus élevée que la coupe de gazéification. Il faut généralement plus d’énergie pour gasifier que pour faire fondre il matériel. Dans la coupe de fusion laser, le faisceau laser n’est que partiellement absorbé.

La vitesse de coupe maximale augmente avec l’augmentation de la puissance laser et diminue presque inversement avec l’augmentation de l’épaisseur de la plaque et la température de fusion des matériaux. Dans le cas d’une certaine puissance laser, les facteurs limitants sont la pression à la fente et la conductivité thermique du matériau. La coupe de fusion laser pour les matériaux de fer et de titane peut être obtenue sans incision d’oxydation.

La densité de puissance laser, qui produit la fonte mais moins que la gazéification, se situe entre 104W/cm2 et 105w/cm2 pour les matériaux en acier.

Coupe de fusion d’oxydation

   La coupe de fusion utilise généralement un gaz inerte, s’il est remplacé par de l’oxygène ou d’autres gaz actifs, le matériau est enflammé sous l’irradiation d’un faisceau laser, et l’oxygène a une réaction chimique féroce pour produire une autre source de chaleur, de sorte que le matériau est encore chauffé, connu sous le nom de coupe de fusion d’oxydation.

   En raison de cet effet, pour l’acier structurel de la même épaisseur, le taux de coupe obtenu par cette méthode est plus élevé que celui obtenu par la coupe de fonte. D’autre part, cette méthode peut avoir une qualité d’encoche inférieure à la coupe de fusion. En fait, il génère des fentes plus larges, une rugosité plus prononcée, une augmentation de la chaleur affectée par les zones et une qualité de bord plus faible. La coupe de flamme laser n’est pas bonne pour l’usinage des modèles de précision et des coins pointus (il y a un risque de brûler les coins pointus). Un laser pulsé peut être utilisé pour limiter l’impact thermique, et la puissance du laser détermine la vitesse de coupe. Dans le cas d’une certaine puissance laser, les facteurs limitants sont l’approvisionnement en oxygène et la conductivité thermique du matériau.

Fracture de contrôle et coupe.

   Pour les matériaux cassants qui sont faciles à endommager par la chaleur, la coupe à haute vitesse et contrôlable peut être fait par le chauffage de faisceau laser, qui est appelé coupe de fracture contrôlée. Le contenu principal de ce processus de coupe est : le faisceau laser chauffe une petite zone de matériau cassant, provoquant un grand gradient thermique et une déformation mécanique grave dans la région, conduisant à la formation de fissures dans le matériau. Tant que le gradient de chauffage est équilibré, le faisceau laser peut guider la fissure dans n’importe quelle direction désirée.

Laser à gaz CO2

   Depuis l’introduction de la technologie laser pour couper les tôles, les lasers CO2 ont dominé le marché. Un laser co2 nécessite beaucoup d’énergie pour exciter les molécules d’azote à entrer en collision avec des molécules de CO2 (le gaz laser), ce qui les amène à émettre des photons qui finissent par former un faisceau laser qui coupe à travers le métal. L’activité moléculaire dans le résonateur émet de la chaleur ainsi que de la lumière, nécessitant un système de refroidissement pour refroidir le gaz laser.

   Cela signifie que plus d’énergie est utilisée pendant le refroidissement, ce qui réduit encore l’efficacité énergétique.

Laser à fibres

   Machine utilisant le laser de fibre occupe une petite zone, et la source de lumière laser et le système de refroidissement sont également plus petits. Il n’y a pas de gazoduc laser et pas besoin d’ajuster la lentille. Une source de lumière laser à fibre optique de 2 kw ou 3kw n’a besoin que de 50 % de la consommation d’énergie d’une source de lumière laser de 4 kw ou de 6 kw de CO2 pour obtenir les mêmes performances, et elle est plus rapide, consomme moins d’énergie et a moins d’impact sur l’environnement.

   Le laser à fibres utilise des diodes à l’état solide pour pomper les molécules dans la fibre dopée à l’ytterbium à double revêtu. La lumière excitée passe à travers le noyau de fibre plusieurs fois, puis le laser est transmis par la fibre à la tête de mise au point pour la coupe. Puisque toutes les collisions moléculaires ont lieu à l’intérieur de la fibre, aucun gaz laser n’est nécessaire, de sorte que l’énergie nécessaire est considérablement réduite - environ un tiers de celle d’un laser à CO2. Comme moins de chaleur est produite, le refroidisseur peut être réduit en taille. En bref, la consommation globale d’énergie du laser à fibres est 70% inférieure à celle du laser co2 sous la même performance.

   Le vecteur décrit le chemin du laser, qui est plus lisse. Un tel système laser a découpé le bord du contour du film de couverture propre et rond, lisse sans bavure, pas de débordement. L’utilisation de moisissures et d’autres méthodes d’usinage telles que la fenêtre d’ouverture de fenêtre sera près de la bavure et le débordement après poinçonnage, cette bavure et le débordement après le collage pad est très difficile à enlever, aura une incidence directe sur la qualité du revêtement ultérieur.