La sélection du type de gaz approprié pour le projet que vous allez réaliser garantit que cela se fait plus efficacement. C'est pourquoi, dans cet article, nous passerons en revue les différents types de gaz auxiliaires adaptés à cet effet et les avantages et inconvénients généraux de la découpe laser.
Qu'est-ce que la découpe laser?
Qu'est-ce que la découpe laser ? Un découpeur laser est un outil de prototypage et de fabrication utilisé principalement par les ingénieurs, les concepteurs et les artistes pour couper et graver dans un matériau plat qui utilise "un faisceau laser fin et focalisé pour percer et couper à travers les matériaux afin de découper des motifs et des géométries spécifiés par les concepteurs", selon Instructables.
Il est principalement utilisé dans la fabrication, mais plusieurs domaines différents commencent à l'utiliser. Cela est particulièrement vrai lorsque vous considérez tous les différents matériaux pour lesquels la découpe laser peut être utilisée :
- Les métaux
- Papier
- Le bois
- Cork
- Acrylic
- MOUSSE
- Et bien d'autres facteurs structurels.
En général, il y a très peu de choses qu'un découpeur laser ne soit pas capable de couper. Cela comprendrait le polycarbonate, le carbone, le PVC, le PVB et le cuir qui comprend du chrome. Ces matériaux pourraient fondre et endommager la machine de découpe laser elle-même. D'autres peuvent libérer des produits chimiques nocifs lorsque le laser est appliqué.
Quels sont les principes de base de la découpe laser ?
Un découpeur laser utilise l'optique et la commande numérique par ordinateur (CNC) pour diriger un laser haute puissance afin de découper un motif spécifique dans un matériau choisi. En ce qui concerne nos objectifs, ces matériaux de coupe sont principalement des matériaux métalliques.
Le faisceau laser est créé avec des décharges électriques dans un conteneur fermé. Parfois, ceux-ci utilisent des lampes au lieu de décharges électriques. Ensuite, les matériaux à l'intérieur du conteneur sont réellement amplifiés. Cela se fait à travers un miroir partiel, qui réfléchit l'énergie pour la reconstituer, créant une lumière laser.
Le découpeur laser concentre ensuite cette lumière à l'endroit spécifique où elle est nécessaire en utilisant encore plus de miroirs/fibres optiques. De là, la lumière ou le faisceau peut être utilisé pour brûler ou faire fondre différents matériaux métalliques. Il le fait avec l'aide d'un gaz (appelé gaz auxiliaire), dont nous parlerons plus en détail dans un instant.
Le laser peut utiliser plus ou moins de puissance et le gaz utilisé pour l'assistance peut avoir un débit plus ou moins élevé. Ces différentes combinaisons, ainsi que différents types de gaz, fonctionneront chacune pour différents matériaux, y compris chacun de ceux discutés ci-dessus.
Différents types de machines de découpe laser
Il ya plusieurs différents types de découpeurs laser à considérer lorsque vous recherchez des capacités de coupe de métal. Ceux-ci inclus:
- néodyme
- Néodyme yttrium-aluminium-grenat
- Machines de découpe laser C02
Chacune de ces machines est conçue pour couper différents types de produits en utilisant du gaz. Que vous souhaitiez couper de l'acier laminé, un alliage d'aluminium, de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable, une tôle à haute tension ou tout autre type de matériau métallique, une machine à puissance laser est disponible pour vous aider dans ce processus.
Néodyme & Néodyme yttrium-aluminium-grenat
Les machines laser au néodyme et les machines au néodyme yttrium-aluminium-grenat (Nd:YAG) sont en fait presque identiques dans l'ensemble. La différence est que le néodyme est utilisé pour les situations où une énergie élevée est nécessaire pour exécuter un alésage à faible répétition. D'autre part, Nd:YAG est utilisé pour l'alésage à haute puissance ou pour les processus de gravure.
CO2
Les machines à laser CO2 sont idéales pour la découpe, l'alésage et la gravure. Ces machines utilisent un type de mélange gazeux ou radiofréquence traversé par un courant électrique. Ce processus crée une petite tache qui peut être utilisée pour un travail plus précis.
Machine de découpe laser à fibre
Les lasers à fibre sont une option qui devrait également être mentionnée ici. Ces types de lasers n'utilisent pas de gaz auxiliaire ou d'autre gaz inerte. Au lieu de cela, les lasers à fibre utilisent ce qu'on appelle un « milieu de gain solide ». Ceux-ci sont un avantage pour ceux qui veulent le plus petit spot possible car ils créent un faisceau encore plus petit que celui du C02.
Machines laser à eau
En outre, il est important de mentionner le microjet laser, qui utilise en fait une coupe « humide » plutôt que « sèche ». Il utilise la combinaison d'une impulsion de faisceau laser avec un jet d'eau à basse pression qui guide réellement le faisceau (plutôt qu'un jet de gaz). C'est un avantage dans les situations où vous souhaitez une vitesse de découpe élevée, une coupe omnidirectionnelle ou un trait de coupe parallèle. De plus, il refroidit le matériau pendant la coupe.
Qu'est-ce que le gaz auxiliaire ?
Qu'est-ce qu'un gaz auxiliaire ? Selon Law Insider, il est "une substance brûlée dans un incinérateur pour fournir de la chaleur supplémentaire afin d'atteindre une température suffisamment élevée pour sécher et enflammer les déchets et pour maintenir l'inflammation des déchets, mais qui n'est jamais en contact avec les déchets."
Une autre définition, également tirée de Law Insider, est « gaz naturel, propane, butane, mazout distillé ou autre carburant exempt de composés toxiques et ne contenant pas plus de 0.5 % de particules incombustibles ».
Lorsque nous parlons de découpe laser, ces gaz auxiliaires sont principalement l'oxygène, l'azote, l'air et l'argon, qui sont chacun utilisés de différentes manières pour couper différents types de matériaux.
Avantages du gaz auxiliaire dans la découpe laser
- Éloignez les scories de la fente coaxiale.
- Réduisez la zone affectée par la chaleur de l'objet.
- Empêcher la contamination et la surchauffe de la lentille de protection.
- Protégez le matériau de base (selon votre gaz auxiliaire).
- Améliorer les performances de coupe.
- Améliorer la vitesse de coupe.
- Améliorer la qualité de coupe.
- Autres avantages liés à des combinaisons de gaz et de matériaux spécifiques.
L'importance de choisir un gaz auxiliaire approprié pour la découpe au laser
Pourquoi le gaz auxiliaire est-il important ? Pourquoi ne pouvez-vous pas utiliser tout ce dont vous disposez actuellement ? Pourquoi ne pas simplement utiliser le même gaz tout le temps ?
Au minimum, l'utilisation du mauvais gaz pourrait rendre votre processus de coupe plus lent ou moins efficace dans l'ensemble. Mais cela va probablement causer plus de problèmes que cela. Si vous ne faites pas attention à votre surface de coupe lorsque vous choisissez entre les différents gaz auxiliaires disponibles, vous verrez quelques problèmes principaux :
- Dommages à la lentille, qui pourraient endommager votre laser et/ou votre pièce
- Couper les fluctuations de puissance, qui pourraient endommager votre pièce ou vous ralentir
- Couper les incohérences, ce qui pourrait donner à votre pièce un aspect inachevé/non poli
Choisir le bon gaz d'assistance vous permettra d'améliorer vos performances de coupe. Cela garantira que vous obtenez la qualité que vous recherchez, en particulier lors de l'utilisation du produit final pour n'importe quel processus ou objectif de fabrication.
Gaz auxiliaires courants utilisés dans la découpe au laser
Il existe quatre types différents de gaz auxiliaires pour la découpe laser. Ceux-ci sont:
- Oxygène
- Azote
- Air
- Argon
Oxygène
L'oxygène est utile pour plusieurs types de matériaux différents, notamment l'acier au carbone, l'acier laminé, les tôles d'acier galvanisées en acier inoxydable, les alliages de cuivre, le cuivre, etc.
Il nécessite une pression d'environ 0.3 à 1 MPa, mais le débit varie en fonction de l'épaisseur spécifique du matériau que vous coupez. De plus, l'oxygène nécessite une pureté de 99.95 % ou plus, permettant une combustion améliorée et conservant la pureté de la masse fondue coupée.
L'oxygène peut être utilisé pour augmenter l'efficacité globale de la coupe, en produisant un film d'oxyde qui améliore l'absorption du spectre du faisceau et en créant une extrémité coupée jaune foncé ou noire.
Par contre, il est considéré comme un gaz comburant et il est possible qu'il brûle et crée des scories.
Azote
L'azote peut être utilisé pour empêcher le film d'oxydation lorsque vous recherchez une finition plus élégante. Il peut être excellent pour l'acier inoxydable, les tôles d'acier galvanisées, l'aluminium, l'alliage d'aluminium et le laiton.
En général, ce type de gaz auxiliaire est utile pour le soudage direct et la peinture et est également très résistant à la corrosion. Il nécessite de l'azote extrêmement pur, jusqu'à 99.999 %, et environ 1.5 MPa ou plus.
Lorsque nous examinons le débit, la variance peut être importante mais dépend de l'épaisseur spécifique du matériau de coupe.
Ce gaz peut être assez coûteux et nécessite des niveaux de pureté extrêmement élevés, ce qui peut être difficile à atteindre.
Air
L'air est une bonne option pour les matériaux comme l'aluminium, le cuivre inoxydable, les tôles d'acier galvanisées, les non-métaux et le laiton. Cependant, il n'est pas destiné aux produits de qualité supérieure, qui comprennent généralement l'acier inoxydable et l'alliage d'aluminium.
Ce gaz auxiliaire est à peu près comme l'azote, avec une qualité supérieure à celle de l'oxygène. Cependant, il équilibre également le film d'oxyde des deux, ne créant qu'une petite quantité de film sur une pièce coupée.
En revanche, ce gaz peut poser les mêmes problèmes que l'oxygène, quoique dans une moindre mesure.
Argon
Il s'agit de la quatrième et dernière option en matière de gaz auxiliaire, mais elle n'est pas aussi couramment utilisée. Il est considéré comme un gaz inerte et il ne s'oxyde pas aussi bien avec d'autres matériaux. C'est chimiquement inactif, et ça va être plus cher que vos autres options.
Ce matériau peut également être contaminé par la poussière, l'eau, l'huile et d'autres types de débris, ce qui le rend encore plus nocif pour le produit fini car il peut affecter le laser et la coupe créée.
Si vous utilisez de l'argon, il ne sera généralement utilisé qu'avec des alliages de titane.
Il n'est pas efficace pour la plupart des matériaux et son coût est extrêmement élevé, ce qu'il faut garder à l'esprit avant de choisir ce gaz.
Oxygène vs azote : une comparaison
Deux des options de gaz de coupe les plus populaires sont l'oxygène et l'azote.
Ces deux gaz offrent une large gamme d'applications différentes et peuvent être utilisés avec un certain nombre de matériaux différents dans le processus de découpe au laser. Que vous coupiez une surface en acier au carbone ou en acier inoxydable, ces deux gaz sont généralement capables de faire le travail. Mais ils ont des avantages et des inconvénients différents.
Avantages et inconvénients de l'utilisation de l'oxygène comme gaz auxiliaire
L'oxygène présente un certain nombre d'avantages en tant que gaz auxiliaire, ce qui commence par le nombre d'applications différentes de l'oxygène.
Vous pouvez utiliser de l'oxygène pour couper divers matériaux allant de l'acier inoxydable, de l'acier laminé et de la plaque d'outil à l'acier au carbone, à l'alliage de cuivre et à la plaque d'acier galvanisée. La gamme de matériaux de coupe est vaste, vous pouvez donc acheter de plus grandes quantités d'un seul gaz pour la plupart de vos pièces.
L'oxygène est également bon pour augmenter l'absorption du spectre du faisceau pour les matériaux réfléchissants. Si vous travaillez avec un matériau réfléchissant, il réagit à la chaleur de réaction de l'oxygène provenant de cette source.
Maintenant, à la baisse, vous constaterez que l'oxygène nécessite un haut niveau de pureté et peut provoquer un retour aux scories.
Avantages et inconvénients de l'utilisation de l'azote comme gaz auxiliaire
L'azote comme gaz auxiliaire est une autre excellente considération. L'inconvénient de l'oxygène, qui peut provoquer un retour au laitier et est facile à brûler, est ici en fait inverse. Vous constaterez que l'azote ne fait aucune de ces choses, ce qui est un avantage pour le gaz auxiliaire.
Un autre avantage de l'azote est qu'il fournira une résistance à la corrosion après avoir fait votre coupe. Il fournit également plusieurs caractéristiques différentes associées au soudage direct, créant une pièce solide et de haute qualité.
La polyvalence est un autre excellent facteur ici et ce gaz auxiliaire fonctionnera avec des matériaux comme l'acier inoxydable, la tôle d'acier galvanisée, l'aluminium, l'alliage d'aluminium et le laiton.
Cependant, l'azote est très coûteux et nécessite une pureté extrême pour réussir. Cela peut aussi être tout un processus pour passer à travers la découpe au laser.
Comparaison de l'oxygène et de l'azote pour différents matériaux et exigences de coupe
Lorsque vous envisagez ces deux options de gaz auxiliaire, vous devez penser à votre matériau spécifique et aux exigences de coupe que vous avez (qui ont également été discutées ci-dessus). Jetez un œil au tableau ci-dessous pour avoir une meilleure idée du bon gaz auxiliaire pour votre projet.
Facteurs à prendre en compte lors du choix d'un gaz auxiliaire
Quand il s'agit de choisir le meilleur gaz auxiliaire pour un projet de découpe laser, vous devez tenir compte de plusieurs facteurs différents. Ceux-ci peuvent être regroupés en trois catégories différentes. À savoir:
- Facteurs matériels
- Exigences de coupe
- Préoccupations environnementales
Matériau coupé
Le matériau que vous coupez est peut-être l'aspect le plus important dans le choix du bon gaz auxiliaire. Vous devez tenir compte du type spécifique de matériau pour savoir quel gaz fournira les bonnes caractéristiques.
Par exemple, l'acier inoxydable coupe généralement mieux avec de l'oxygène ou de l'azote.
L'aluminium peut être coupé avec de l'azote ou de l'air.
L'acier au carbone peut être découpé à l'oxygène.
Pour chaque type de métal que vous souhaitez couper, il y aura un type de gaz auxiliaire préféré à utiliser. Certains peuvent également offrir plusieurs options (comme l'acier inoxydable).
L'épaisseur du matériau est un autre point à considérer. En général, vous pourrez découper des pièces métalliques d'épaisseurs différentes avec le même type de gaz auxiliaire. Vous devrez cependant augmenter le débit pour accommoder des matériaux plus épais.
Exigences de coupe
Il existe également des exigences générales liées au résultat spécifique que vous recherchez. Si vous voulez que votre découpe laser en acier inoxydable soit lisse et parfaite, vous devez en tenir compte lors du choix de votre gaz auxiliaire.
Si vous découpez de l'acier au carbone au laser et que vous voulez que ce soit rapide, vous devrez en tenir compte lors du choix du bon gaz auxiliaire à utiliser. L'azote est une bonne option si vous recherchez des vitesses plus rapides sans trop perdre en qualité.
D'autre part, l'air n'est pas aussi bon avec l'efficacité de coupe (bien qu'il puisse être utilisé pour divers matériaux). Si vous recherchez la qualité avec votre découpeuse laser, ce n'est pas la bonne façon de procéder.
Préoccupations environnementales
La protection de votre environnement de coupe (et peut-être de l'environnement dans son ensemble) est également importante. En tant que tel, vous devrez en tenir compte lors du choix du gaz auxiliaire que vous souhaitez utiliser avec votre découpeuse laser.
Il est important d'équilibrer l'efficacité de coupe, la vitesse de coupe et d'autres facteurs liés aux préoccupations environnementales. Le gaz de coupe tel que l'oxygène ou l'air est généralement l'option la plus respectueuse de l'environnement. D'autre part, l'argon et l'azote peuvent être nocifs pour votre environnement de coupe.
Tant que vous utilisez une ventilation adéquate, cependant, et surtout si vous utilisez de plus petites quantités de ces options de gaz de coupe, vous pouvez toujours obtenir les avantages dont vous avez besoin sans trop d'impact sur l'environnement.
Conclusion
Choisir le bon gaz auxiliaire pour votre processus de coupage est essentiel. Il garantit que votre découpeuse laser est bien entretenue et protégée, offre une efficacité de coupe, une vitesse de coupe et une amélioration de votre surface de coupe, et aide à créer un produit fini de haute qualité.
En lisant cet article, vous devriez avoir une meilleure idée du type de gaz que vous souhaitez utiliser et de la meilleure façon d'évaluer les différents gaz de coupe à l'avenir.
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