Paramètres de découpe laser : le guide définitif

La découpe laser a été introduite sur le marché il y a vingt ans et est déjà saluée comme la technologie de pointe qui a changé la donne en matière de découpe de matériaux pour de nombreuses industries. C'est une technologie fascinante qui évolue chaque jour. Connaître les paramètres impliqués dans un fonctionnement optimal est essentiel pour mieux appréhender ses applications et ses usages.

Ce guide détaillé vous guidera à travers tous les paramètres cruciaux du système laser et leur importance dans le traitement en machine. Nous expliquerons également comment vous pouvez optimiser chaque paramètre à votre avantage et développer votre entreprise.

Qu'est-ce que la découpe laser? 

Découpe laser est la technologie de découpe la plus récente et la plus répandue. Elle utilise une haute puissance, faisceau laser focalisé Pour couper un matériau, on le fait fondre et on le vaporise au niveau de la coupe. Les résidus obtenus sont ensuite évacués par soufflage. gaz à réaction pendant le processus ou usiné et nettoyé après l'opération.

La découpe laser s'impose désormais comme la technologie de prédilection dans de nombreux processus de fabrication industrielle grâce à ses propriétés exceptionnelles. efficacité remarquable, rentabilité, des résultats préciset la capacité de traiter divers matériaux avec des épaisseurs variables.

Il existe trois principaux types de découpe laser : Laser CO2, le laser au néodyme (Nd) et le laser néodyme-yttrium-aluminium-grenat (laser Nd:YAG), et Coupe au laser à fibre. Au fur et à mesure que la technologie progresse, la découpe au laser est à égalité avec la découpe au plasma sur de nombreux fronts.

Quels sont les paramètres de la découpe laser ?

Comme pour toute technologie, la compréhension et le paramétrage sont essentiels pour déterminer la qualité du produit. Pour que la technologie de découpe laser puisse traiter des conceptions de complexité variable, ses capacités de découpe doivent être suffisamment flexibles. C'est là que les paramètres entrent en jeu. L'ajustement et l'optimisation des paramètres ouvrent la voie à des milliers d'applications. militaire, médical et autres industries.

Les paramètres du laser incluent qualité de découpe laser, polarisation du faisceau, longueur d'onde, puissance et intensité, vitesse de coupe, gaz de traitement, point focal et spécifications matérielles.

Importance des paramètres de découpe laser

La découpe laser dépend de l'optimisation de plusieurs paramètres qui affectent directement ou indirectement la qualité du produit, contribuant finalement aux bénéfices d’une entreprise.

Une usine a subi un taux de rebut de 22 % et une baisse d'efficacité de 35 % pendant deux jours consécutifs lors de la découpe d'acier inoxydable de 6 mm à l'aide d'un laser de 3 kW. Le problème provenait principalement d'une faible pression de gaz auxiliaire (azote 1.6 MPa), une focalisation excessive sur les aspects négatifs (-0.5mm), et une taille de buse inappropriée (φ2.0Après optimisation, le taux de rebut diminué à 1.8%, la vitesse de coupe augmenté de 55% à 1.7 m/minLa consommation d'azote a diminué de 18 %. La qualité de la surface de coupe finale a retrouvé un aspect lisse et blanc argenté, et la production a été achevée dans les délais prévus.

En clair, les paramètres de découpe laser sont essentiels pour déterminer la qualité de la découpe. Ils définissent le processus de fabrication. la vie du matériau et performances de coupe dans l'application concernée. Les paramètres peuvent être ajustés en fonction des matériaux et des conceptions utilisées. Ainsi, les paramètres de la machine définissent en définitive les matériaux qu'elle peut traiter et le niveau de finition requis. précision et précision.

Passons aux paramètres les plus importants qui déterminent la qualité du bord de coupe et le taille de saignée (la largeur de la rainure ou de la fente formée lors de la coupe) du matériau traité.

7 paramètres cruciaux de la découpe laser 

Dans un premier temps, nous discuterons paramètres de faisceau qui couvrent les qualités du faisceau dans le fonctionnement du laser, telles que le type de faisceau, la longueur d'onde, la polarisation du faisceau, ainsi que la puissance et l'intensité du faisceau.

Deuxièmement, nous aborderons paramètres de processus qui incluent la vitesse de coupe, la distance focale, la position focale par rapport à la surface, le gaz d'assistance et la pression du gaz. Nous pouvons ajuster les paramètres du processus pour obtenir la qualité de coupe souhaitée.

1. Longueur d'onde laser

Les trois types de découpe laser, les lasers CO2, à cristal et à fibre, utilisent différents matériaux de base pour produire des lasers avec différentes longueurs d'onde.

Chaque matériau absorbe et reflète différents longueurs d'onde, choisir le laser adapté à votre pièce est donc la première étape cruciale.

Découpe laser CO2 : Dans l' découpeuse laser CO2, l’électricité passe dans une chambre à gaz remplie de dioxyde de carbone, d’hélium, d’hydrogène et d’azote. Le miroir au bout de ce tube focalise les faisceaux laser vers un seul point. Les lasers CO2 se situent dans la région « infrarouge » ou invisible sur le spectre des longueurs d’onde (0.6 µm).

À température ambiante, les longues longueurs d'onde infrarouges, telles que celles des lasers CO2, sont réfléchies par les surfaces brillantes de l'aluminium, de l'or, de l'argent et du cuivre. Alors que l’acier peut absorber jusqu’à 10 % de l’énergie laser. La découpe laser CO2 ne convient pas à la découpe de surfaces réfléchissantes et conductrices, mais elle est parfaite pour les matériaux isolants tels que bois, papier et plastiques.

Découpe laser de cristal : Grenat néodyme-yttrium-aluminium (Nd : YAG) les faisceaux laser se situent dans la gamme plus courte des rayonnements infrarouges (1.06μm) qui absorbent mieux les métaux réfléchissants. Les lasers Nd:YAG haute puissance peuvent découper des surfaces métalliques et non métalliques et, dans certains cas, même traiter des céramiques.

Il faut comprendre que les deux Lasers CO2 et Nd : lasers YAG À haute intensité, il est possible de surmonter la réflectivité et de traiter une plus large gamme de matériaux. On peut également y parvenir en modifiant les paramètres externes, comme le chauffage du matériau à découper.

Découpe laser fibre : Lasers à fibre proviennent du verre de silice et des métaux des terres rares. Avec une longueur d'onde de 1.064μm, les lasers à fibre ont une puissance de faisceau bien plus élevée et un diamètre focal étroit, ce qui les rend supérieurs aux faisceaux de CO2 et de cristaux à bien des égards. UN Fibre machine de découpe au laser est polyvalent et peut manipuler des métaux, des non-métaux, du verre et d'autres matériaux isolants. Il propose également des solutions pour métaux réfléchissants.

2. Puissance et intensité du laser

Puissance du laser et l'intensité du laser sont souvent utilisées ensemble et parfois de manière interchangeable, mais elles signifient des choses différentes.

La quantité d'énergie émise par seconde est appelée puissance laser. Dans le même temps, l’intensité du laser est la puissance divisée par l’unité de surface du matériau. Ne confondez pas un faisceau de haute puissance avec un faisceau de haute intensité. L'intensité dépend de la largeur du point focal—plus le faisceau laser est étroit, plus l'intensité laser est élevée.

Les faisceaux laser de faible puissance se reflètent sur les surfaces des métaux. Pour les matériaux plus épais, vous avez besoin de faisceaux haute puissance capables de pénétrer plus profondément et plus rapidement dans le matériau.

Un faisceau laser de haute intensité dirigé avec précision vers un petit diamètre focalisé est idéal pour obtenir un bord coupé de haute qualité et petite largeur de traitDe plus, le laser à haute intensité chauffe rapidement une petite zone. réduit la formation de bavures, et améliore la vitesse de coupe, laissant peu ou pas de temps au matériau pour fondre autour des bords et former des scories (le métal resolidifié résiduel qui n'est pas complètement retiré du trait de scie).  

Comme les faisceaux à haute puissance, les faisceaux à haute intensité peuvent couper des matériaux plus épais plus efficacement que les faisceaux à faible intensité.

Notez que la puissance et l'intensité du faisceau doivent être optimisées en fonction du point de fusion et épaisseur du matériau de traitementPar exemple, une puissance de faisceau très élevée peut entraîner dissipation thermique accrue autour des bords de la coupe et, par conséquent, une largeur de trait de scie plus importante.

3. Polarisation du faisceau

La réflectivité de la lumière laser sur la surface fondue du matériau découpé dépend de polarisation du faisceau, qui correspond à l'orientation du champ électrique par rapport à la direction de propagation.

Selon l'orientation du champ, on distingue la polarisation plane, circulaire, elliptique et aléatoire. Chacune d'elles est absorbé et reflété différemment la surface. La polarisation circulaire permet d'obtenir une largeur de trait de coupe uniforme, contrairement aux polarisations elliptique ou linéaire qui produisent des variations d'inclinaison du trait de coupe.   

La polarisation du faisceau affecte la qualité de la coupe, en fonction de surface de polarisation et direction de coupeVous pouvez mieux comprendre grâce à la figure ci-dessous. Nous obtenons un largeur de trait de scie plus petite lorsque la coupe est effectuée dans la direction de la polarisation (a), par rapport à la coupe à 90 degrés par rapport à la polarisation (c).

4. Position focale par rapport à la surface de la pièce

Le réglage focal (également appelé décalage Z) permet une utilisation optimale de la puissance du laser pour la découpe des matériaux. Si la distance focale est trop courte ou trop longue, ne coupera pas efficacement le matériau en raison de le réduction de la densité énergétiqueEt si votre faisceau est défocalisé, il ne coupera rien.

Idéalement, votre point de focalisation devrait se situer au centre de l'épaisseur du matériau afin que le laser ne forme pas de bord de coupe biseauté et couper la pièce de manière irrégulière du haut jusqu'en basCependant, il peut être nécessaire d'augmenter ou de diminuer la position focale dans d'autres applications, comme la gravure laser.

La distance focale est déterminée en fonction de épaisseur du matériauUne courte distance focale pour une pièce mince (moins de 4mmElle permet de couper le matériau de manière uniforme. Pour les matériaux plus épais, il faut une distance focale plus longue et une plus grande profondeur de champ afin de pénétrer profondément et obtenir une coupe nette.

Une distance focale plus courte entraîne une taille de spot et une profondeur focale plus petites. Alors qu’une distance focale plus longue signifie une taille de spot légèrement plus grande et une profondeur focale plus longue. Mais de nos jours, les technologies les plus récentes nous permettent de conserver une petite taille de spot tout en augmentant la distance focale.

Généralement, la position focale doit être maintenue constante tout au long du traitement d'un matériau.

La position focale dépend également de la forme du faisceau laser, de son mode, de la contamination de la lentille et de la température de l'eau de refroidissement. Tous ces paramètres définir la qualité de la pièce finale coupée.

5. Vitesse de découpe laser

Vitesse de coupe est un autre paramètre laser important et est optimisé en fonction de l'épaisseur de la pièce à usiner.

La vitesse de coupe est liée à pertes d'énergie Pendant le processus. Vitesse plus rapide Cela signifie moins de pertes d'énergie et un fonctionnement plus efficace. Une vitesse lente entraîne des pertes d'énergie plus importantes et, par conséquent, une procédure inefficace.

Reportez-vous à comprendre ci-dessous pour mieux comprendre comment la vitesse de coupe change avec le épaisseur d'un matériau.

Une vitesse de coupe lente entraîne scories et combustion du matériau, Résultant en une zone affectée thermiquement (ZAT) plus étendueEn revanche, une vitesse de coupe élevée peut engendrer des stries sur le tranchant. Il est donc préférable de trouver un juste équilibre entre la vitesse de coupe et la puissance du laser pour traiter un matériau donné.

6. Gaz d'assistance et pression du gaz.

Le gaz d'assistanceL'utilisation de la machine de découpe laser joue un rôle crucial dans l'élimination des scories de la saignée et a un impact significatif. vitesse de coupe, qualité des bords et la durée de vie de la lentille laserEn général, la vitesse de coupe est directement proportionnelle à la puissance du laser ; résultats à puissance laser plus élevée in vitesses de coupe plus rapides, et vice versa.

Le but principal du gaz d'assistance est d'éliminer le métal en fusion sur les bords et protéger les composants optiques de tout dommage survenant lors du traitement. Le gaz refroidit également le matériau afin de limiter la zone affectée thermiquement (ZAT).

L'azote, l'argon, l'air comprimé et l'oxygène sont les gaz les plus courants.types courants de gaz d'assistanceChaque type présente ses avantages, ses inconvénients et ses applications. Le choix du gaz et de la pression détermine en fin de compte la qualité des bords coupés.

Azote (inerte) On utilise généralement du gaz pour le traitement des aciers inoxydables, des alliages d'aluminium et de nickel, et des aciers fortement alliés. L'azote gazeux à haute pression offre un soutien mécanique supplémentaire pour éliminer les résidus de matière fondue en surface.  

L'oxygène est un gaz actif qui amorce une réaction. réaction exothermique et permet de découper des matériaux plus épais. L'oxycoupage forme une couche d'oxyde sur l'acier doux et l'acier au carbone, ce qui présente des avantages et des inconvénients pour la pièce. Avantageux car les oxydes…augmenter le taux d'absorption et faire fondre le matériau plus rapidement, ce qui contribue à augmenter la vitesse de coupe. Mais c'est aussi un inconvénient, car les couches d'oxyde créent des défauts et affectent le post-traitement du matériau.

Vous voulez en savoir plus sur le choix de l’azote ou de l’oxygène ? Lisez notre article.

L'air comprimé est le choix le moins cher parmi tous les gaz d'assistance, mais ses utilisations sont limitées.  

7. Diamètre de la buse et distance d'espacement

Le buse transporte le gaz d'assistance et est coaxial à la faisceau laserIl est chargé de fournir le gaz d'assistance à la zone de découpe et de stabiliser la pression en surface. minimiser les projections de métal en fusionLe diamètre de la buse est un paramètre important à choisir en fonction du type et de l'épaisseur du matériau.

La distance de sécurité est la distance entre la buse et la pièce à usiner. Il détermine le débit de gaz et, finalement, la qualité de coupe. Les grandes distances de sécurité entraînent souvent de fortes turbulences et variations de pression. Il est recommandé de garder la distance pas plus de 1 mm. De plus, la distance doit être inférieure au diamètre de la buse.

Le désalignement des buses peut entraîner des défauts indésirables, des brûlures et scories qui peuvent nuire à la qualité de coupe. Il est impératif que le diamètre de la buse soit parfaitement aligné avec le faisceau laser pour éviter un flux de gaz directionnel sur la surface du matériau.

La qualité de la découpe laser dépend de l'équilibre du système paramètres de base comme la puissance, la mise au point, la vitesse, le gaz et la buse. longueur d'onde laser détermine la taux d'absorption de base, nécessitant une adaptation au matériau par le biais d'autres paramètres. Besoins en énergie correspondance précise pour éviter une surface de coupe rugueuse ; position de mise au point est crucial : une focalisation négative (-0.1 à -0.5mm) convient à la découpe à l'azote de l'acier inoxydable, tandis qu'une mise au point positive (+0.2 à +1mm) est utilisé pour le découpage à l'oxygène de l'acier au carbone.

La vitesse de coupe doit être coordonnée avec le débit de gaz pour contrôler l'apport de chaleur et éviter la formation de scories. L'azote haute pression est nécessaire pour les gaz auxiliaires, comme ceux utilisés pour la coupe de l'acier inoxydable. Le diamètre, la coaxialité et la hauteur de la buse sont des paramètres importants. assurer collectivement un flux d'air stable et qualité de coupeCes paramètres sont interdépendants et déterminent conjointement efficacité de coupe et fini la qualité des produits.

Comment les paramètres sont-ils définis dans une machine de découpe laser ?

De nombreuses machines de découpe laser de dernière génération disposent de paramètres prédéfinis pour différents matériaux dans la base de données du logiciel. Ces valeurs prédéterminées des paramètres sont essayé et testé Proposée par l'entreprise, cette solution peut être mise en œuvre automatiquement. Elle peut réduire votre charge de travail et simplifier les processus. Toutefois, si vous avez besoin de… légères modificationsVous pouvez modifier et saisir manuellement vos paramètres de découpe dans le logiciel qui contrôle la machine de découpe laser.

Si vous devez définir vos paramètres à partir de zéro, la règle générale est de commencer par grande vitesse et batterie faible pour la gravure et la découpe du matériau. Dès que vous commencez à travailler, le logiciel peut modifier les paramètres Pour obtenir un résultat optimal, vous pouvez modifier les paramètres lors de la découpe d'une pièce d'essai afin d'obtenir une coupe nette et sans bavure.

Le L'opérateur doit être formé pour faire face à toute complication survenant au cours du processus. Par exemple, il doit connaître les conséquences de augmenter ou diminuer la vitesse de coupe, Pression du gaz et puissance laserLa relation entre les paramètres du laser et le matériau est primordiale.

Voici un exemple : lorsque l’opérateur a constaté l’apparition de bavures sur l’acier inoxydable, il a réduit par erreur la vitesse de coupe et J'ai essayé de régler le gaz.Cela a provoqué la chaleur s'accumuleet le métal en fusion s'est solidifié avant que le gaz puisse être efficacement évacué, ce qui a entraîné même bavures ou scories plus importantes.

Si les bavures s'aggravent en raison d'une vitesse de coupe réduite lors de la découpe de l'acier inoxydable, la cause principale est que la chaleur accumulée provoque la solidification du laitier fondu. La solution correcte consiste à augmenter simultanément la vitesse et la pression (azote ≥ 2MPa), tout en réduisant l'accumulation de coke (par exemple, en ajustant à -0.2 mm)), en utilisant une buse plus grande (par exemple, φ3), et en calibrant la coaxialité. L'essentiel est d'équilibrer la vitesse avec la purge de gaz ; l'élimination rapide du métal en fusion est essentielle pour obtenir un surface de coupe lisse.

Paramètres	Inox	Acier Inoxydable	Aluminium	Aluminium
Epaisseur (mm)	10	10	5	10
Type de gaz	O2	N2	N2	N2
Puissance (kW)	5	5	5	5
Vitesse de coupe (mm / min)	680	1200	7000	2400
Pression du gaz	10.5	12	15	15
Focale (mm)	-3	- 7.2	- 1.1	- 2.4
Espacement (mm)	0.6	0.6	0.6	0.6
Diamètre de la buse (mm)	2.5	3	2.5	3
Fréquence (Hz)	5000	5000	5000	5000

FAQS

Q1 : Quelles sont les erreurs les plus courantes lors du choix d'une machine de découpe laser et du réglage des paramètres ?

Utiliser aveuglément une puissance élevée, choisir le mauvais gaz auxiliaire, utiliser les mêmes paramètres pour tous les matériaux, se concentrer uniquement sur le prix de l'équipement et omettre l'étape de vérification par essai.

Q2 : Comment déterminer si les paramètres de découpe laser sont optimaux ?

Les critères peuvent se résumer ainsi : « trois points forts et un point faible » : qualité de coupe élevée, précision élevée, vitesse élevée et largeur de coupe étroite.

Q3 : Les paramètres de découpe laser doivent-ils être ajustés au fil du temps ?

Oui, les paramètres doivent être optimisés dynamiquement en fonction des changements d'équipement et d'environnement afin de maintenir des résultats optimaux.

Q4 : Quels sont les services et le support liés aux paramètres fournis par Baison Laser ?

Nous fournissons des services d'assistance complets, notamment le diagnostic et l'optimisation à distance, la mise à jour continue des processus et le développement d'applications de niveau expert.

Conclusion

La découpe laser, en tant que technologie de traitement avancée, repose fortement sur une compréhension approfondie de l'équipement et de ses paramètres pour obtenir des performances optimales. Des paramètres clés tels que power et vitesse influencent considérablement la largeur de la saignée, tandis que des facteurs comme gaz avoir une relative impact moindreLes paramètres doivent être optimisés avant la découpe afin de minimiser les défauts tels que les stries et les scories, garantissant ainsi la qualité finale de la pièce.

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