Qu'est-ce qu'un laser à fibre ? - Un bref aperçu
Un "laser" peut être généré via divers milieux actifs tels que des solides, des verres, des gaz, des semi-conducteurs et même des liquides. Mais la lumière laser qui est générée à travers un élément solide comme un cristal "Rubis", également connu sous le nom de "Grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au néodyme, (Y3Al5O12) -YAG" est appelée "Lasers à fibre" ou "Lasers à semi-conducteurs".
La particularité des lasers à fibre est qu'ils peuvent exécuter diverses fonctions essentielles à la fabrication industrielle avec une précision et une exactitude élevées. Le plus important est "Découpe laser», l'un des fondamentaux.
Les lasers à fibre dopée Yb3+ à onde continue (CW) sont les plus courants dans découpe au laser machines car elles sont extrêmement puissantes. Une machine de découpe laser à fibre de 01 µm peut facilement découper de l'acier à haute résistance. Sans parler de la plupart des autres métaux et alliages.
Contrairement aux machines de découpe traditionnelles avec certains couteaux mécaniques destinés à s'user, ces lasers n'ont pas de tels consommables. Par conséquent, une faible maintenance permet d'économiser de l'énergie, des coûts et du temps dans les processus de coupe. Cela peut augmenter la marge bénéficiaire de n'importe quelle industrie.
La découpe au laser est partout, des petites entreprises aux géants de l'industrie automobile et aérospatiale. Les lasers à fibre sont également intrinsèquement adaptés au micro-usinage, effectué à une micro-échelle. Ainsi, en faisant vraiment le visage des processus de fabrication modernes.
Comment fonctionne la machine de découpe laser à fibre ?
Les découpeuses laser à fibre utilisent la découpe thermique pour découper divers métaux et non-métaux. Cela implique les étapes suivantes.
Tout d'abord, un faisceau laser de haute intensité est projeté du générateur laser vers la pièce à usiner. Le faisceau laser atteint généralement une température élevée proche de 10000-11000 ℃ (19500 ℉), suffisante pour faire fondre ou vaporiser n'importe quel matériau.
Les détails de l'emplacement et de la forme de la coupe sont transmis par un système de contrôle numérique qui guide le laser.
Lorsque le laser entre en contact avec le matériau, il le fond ou le gazéifie rapidement, et un gaz auxiliaire sous pression est soufflé jusqu'au point de contact, ce qui élimine les débris.
Le processus se poursuit jusqu'à ce que la forme souhaitée soit obtenue.
Les machines de découpe laser se présentent sous de nombreuses formes et tailles, mais le phénomène derrière leur fonctionnement principal est le même. Voici quelques-uns des composants cruciaux d'une machine de découpe laser.
1. Source laser machine
La source laser est le cœur de toute machine de découpe laser. Une unité séparée crée généralement un laser alimenté à la tête de coupe. La recherche montre que le laser à fibre dopée ytterbium Yb3+ produit des lasers à haute intensité allant de 900 nm à 1200 nm. Avoir une large gamme de longueurs d'onde signifie que divers matériaux peuvent absorber le laser.
Cette source est excellente pour couper Haute Résistance, Carbone, Alliage, etc. Elle peut = produire plus de 10 KW de puissance suffisamment intense pour couper des tôles fines (<5 mm) ainsi que plaques épaisses (5mm-40mm)
Cependant, les sources laser à fibre dopées au thulium Tm3+ et à l'holmium Ho3+ peuvent couper des matériaux non métalliques et transparents. L'unité source est reliée à l'unité principale par des connecteurs robustes, des fiches d'amplificateur, des fiches d'encodeur, etc.
2. Composants électriques et système de contrôle numérique
La commande numérique et l'électronique sont ce que l'on peut appeler le "cerveau" des machines de découpe laser. Les principaux composants sont des servomoteurs électriques, des interrupteurs, des systèmes d'exploitation, etc. Toutes les données sur les caractéristiques du faisceau laser et les détails de la pièce à usiner prochainement sont saisies ici.
Un panneau de commande à LED situé à l'extérieur de la machine reçoit des données de l'opérateur via des fichiers de fabrication assistée par ordinateur (FAO). Ce système de contrôle alimente toutes les données concernant la puissance de sortie, la vitesse de coupe, les angles de coupe, la profondeur de coupe, etc.
Ensuite, il guide la tête de commande et les rails pendant le processus de coupe. Avec l'avènement de la commande numérique par ordinateur (CNC), la précision de la découpe au laser s'est multipliée, à tel point que le seul facteur limitant de la découpe au laser est le système d'entraînement.
3. Système de portique et pièces auxiliaires
Chaque machine laser à fibre de taille industrielle dispose d'un système de portique, une allée mécanisée qui aide à déplacer la tête laser dans un espace tridimensionnel. Le système de portique comprend des rails, des chaînes et des moteurs qui aident à guider la tête laser.
Des recherches constantes ont été menées pour améliorer le système de portique pour laser à fibre afin de réduire le temps machine et d'améliorer l'efficacité.
Les autres pièces comprennent la table de travail (tables de travail) qui maintient la pièce ensemble. Certaines machines de découpe laser à fibre ont de grandes tables pouvant compenser des tôles de 12 mètres de long et supporter jusqu'à 9 tonnes de poids. De nombreuses machines de découpe laser ont également un système d'échappement qui élimine les gaz toxiques de l'enceinte.
4. Tête de découpe laser à fibre
La tête de découpe laser à fibre est un appareil qui projette un laser sur la pièce. Il dispose d'un système complexe de miroirs (machines laser traditionnelles) ou de fibres optiques qui guident le faisceau laser à travers la buse.
Les buses sont un composant important de la tête laser contrôlant le faisceau lumineux. Non seulement il dirige le laser, mais il donne également une direction au gaz de décharge qui expulse le matériau fondu.
Les buses peuvent être réglées manuellement et ont une grande influence sur la qualité de coupe. Il est soigneusement calibré avant pour éviter le manque de pénétration qui peut entraîner la fonte des matériaux. Des buses de différents diamètres sont utilisées pour couper différentes épaisseurs.
La tête laser est une pièce mobile guidée par un système de portique. Typiquement, la tête laser peut se déplacer dans un espace tridimensionnel. Mais dans des cas particuliers, les têtes laser sont conçues pour se déplacer à un angle de 45 degrés, ce qui permet de créer des coupes en biseau. Ces plaques métalliques sont destinées à être soudées ultérieurement. Cela permet d'économiser beaucoup d'argent, de travail et de temps autrement consacré à la création de biseaux.
Les autres caractéristiques régulées par la tête laser sont l'intensité du faisceau, la position du foyer du faisceau, la vitesse de coupe, l'avance de coupe, la pression du gaz, etc.
La bonne puissance de coupe, la bonne vitesse et l'avance peuvent faire ou défaire vos processus de fabrication. Tout comme une machine mécanique traditionnelle, une machine de découpe laser est livrée avec un tableau détaillé qui définit les caractéristiques d'un laser adapté à un matériau particulier.
L'ensemble du poste de travail est protégé par un capot métallique qui donne à la machine de découpe laser un environnement clos. Cela protège le faisceau laser et la pièce contre les facteurs externes tels que l'air et la poussière. Il protège également les yeux humains car les rayons invisibles sont dangereux.
Différence entre le laser CO2 et la machine de découpe laser à fibre
En matière de découpe laser, deux technologies se démarquent. Lasers fibre et CO2. Les deux servent le même objectif mais ont des capacités de coupe différentes. Discutons brièvement de leurs différences pour sélectionner la meilleure option pour vos besoins.
La différence essentielle entre les deux est la source de production laser. UNE Laser CO2 a une chambre en verre pleine de gaz carbonique exposée à un courant électrique élevé. Ce processus excite le gaz et entraîne la libération de rayons infrarouges. À l'aide de miroirs, ces infrarouges sont suffisamment amplifiés pour traverser les objets.
Dans un laser à fibre, un cristal (grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au néodyme - YAG) est enveloppé par un tube éclair qui alimente le cristal en énergie lumineuse. Cela excite les atomes du cristal, qui libèrent des photons de haute énergie. Ces photons à haute énergie sont dirigés à travers la fibre optique, créant un laser puissant.
Les deux types de laser ont leur signification. Les lasers CO2 sont relativement plus anciens mais toujours utilisés en raison de leurs capacités exceptionnelles de découpe des métaux.
| Processus de fabrication | CO2 laser | Laser à fibre |
| Vitesse de coupe Épaisseur <8mm | Lent | Rapide |
| Vitesse de coupe globale | Rapide | Rapide |
| Couper des arêtes vives | Une efficacité moindre | Une plus grande efficacité |
| Couper la tôle | Compatibilité inférieure | Compatibilité supérieure |
| Couper les matières organiques | Compatibilité supérieure | Compatibilité inférieure |
| Gravure sur métal | Non | Oui |
| Gravure d'autres matériaux | Oui | Oui |
| Système de conduite | Portique | Galvo et Portique |
| Coût de maintenance | Meilleure performance du béton | Coût en adjuvantation plus élevé. |
| Le coût opérationnel | Coût en adjuvantation plus élevé. | Meilleure performance du béton |
| Coût d'achat | Coût en adjuvantation plus élevé. | Meilleure performance du béton |
Une machine de découpe laser à fibre est plus efficace pour couper les métaux, en particulier ceux avec des surfaces brillantes. Une réflexion élevée a tendance à poser un problème pour les machines laser plus anciennes car la majeure partie du faisceau est réfléchie. Mais le découpeur laser à fibre a une focalisation nette du faisceau qui aide à pénétrer la plupart des métaux et alliages. Le laser CO2 a une meilleure compatibilité matérielle avec certains matériaux métalliques et organiques.
| Découpe laser | Matériaux | Lasers à fibre | Laser CO2 |
| Les métaux | Acier haute résistance | Oui | Oui |
| Acier doux | Oui | Oui | |
| Laiton | Oui | Non | |
| Copper | Oui | Non | |
| Aluminium | Oui | Non | |
| Non-métaux | Le verre | Non | Oui |
| Acrylique | Non | Oui | |
| Le bois | Non | Oui | |
| Caoutchouc | Non | Oui | |
| Cuir | Non | Oui | |
| Composites | Oui | Non |
Étant donné que la plupart des industries manufacturières traitent de l'acier et des métaux, la découpe au laser à fibre a plus de marché.
Quand il s'agit de coût, il n'y a pas de réponse simple. Les lasers à fibre haute puissance sont plus chers que les machines de découpe laser CO2 moyennes. Mais les lasers CO2 ont des tubes consommables qui doivent être remplacés généralement après 20000 XNUMX heures de fonctionnement. De plus, il consomme plus d'énergie pendant une course typique que les lasers à fibre. Ainsi, les coûts d'exploitation et de maintenance s'additionnent. Pour les projets continus et à long terme, les experts préfèrent les machines de découpe laser à fibre.
Points à considérer avant d'acheter votre première machine de découpe laser à fibre
1. Considération matérielle
Le type de matériau que vous fabriquez est de la plus haute importance. Certains matériaux bénéficient de la découpe au laser à fibre et donnent d'excellents résultats, tandis que d'autres non. Les machines de découpe laser à fibre fonctionnent mieux sur les tôles et les matériaux à haute réflexion. En savoir plus sur Quels matériaux un laser à fibre peut-il couper?
2. Taux d'utilisation et de production
Si votre industrie nécessite un taux de production élevé et la fabrication de pièces complexes, la découpe laser à fibre convient. Sinon, vous ne pourrez pas couvrir le coût d'achat. Je suggérerais une machine laser CO2 pour la découpe et un laser à fibre pour la gravure pour les amateurs qui veulent une machine laser pour leurs projets d'arrière-cour.
3. Finition de surface
En ce qui concerne le matériau plus épais, les lasers à fibre peuvent ne pas avoir les meilleures coupes, ce qui coûtera de l'argent et du temps dans le post-traitement du projet. Cependant, les lasers font les coupes de pointe pour le travail de la tôle et les fibres de plaques plus minces.
Principales applications des machines de découpe laser à fibre
1. Industrie robotique
Les machines de découpe laser et la robotique ont une relation profonde. De nombreuses machines de découpe, de soudage, de marquage et de perçage au laser prennent en charge un bras robotisé qui automatise la fabrication.
Il est même utile dans la fabrication de petites pièces complexes utilisées dans les robots qui sont impossibles à créer à l'aide de fraises traditionnelles. La découpe laser combinée à la CNC a révolutionné le monde.
2. Industrie automobile
La demande d'automobiles ne cesse de croître, tout comme le besoin de processus de fabrication efficaces. En raison de leur haute précision et de leurs délais de livraison plus courts, de nombreux industrie automobile les entreprises se sont tournées vers des machines de découpe laser à fibre pour découper des pièces automobiles hydroformées.
3. Industrie aérospatiale
La industrie aérospaciale traite de l'une des conceptions les plus sophistiquées qui nécessitent de la précision. De nombreuses machines traditionnelles affectent l'intégrité du matériau lors de la coupe. Cela soulève un problème de sécurité. La découpe au plasma en est un exemple.
Cependant, la découpe au laser à fibre a résolu ce problème car elle est naturellement bonne pour la dissipation thermique, la coupe exacte et les tolérances minimales.
Avantages et inconvénients de la machine de découpe laser à fibre
1. Haute précision et exactitude
Le laser à fibre concentre une énorme densité de puissance en un petit point, faisant fondre le matériau et formant un petit pore. Au fur et à mesure que le laser se déplace, le matériau est coupé uniformément sans déformation ni bavures aux bords. Étant donné que la longueur d'onde d'un laser à fibre n'est que de 1 micromètre, par rapport au laser CO2 avec une longueur d'onde de 10.7 micromètres, toute forme complexe peut être découpée avec une précision supérieure.
La découpe laser à fibre peut atteindre une précision dimensionnelle de ± 0.5 mm. La zone affectée par la chaleur est très petite et l'unité finale nécessite un usinage minimal à nul avant de l'utiliser directement.
2. Vitesse de coupe
La découpe laser à fibre est plus rapide que les techniques laser traditionnelles. Concernant les tôles fines, aucune autre technique de découpe n'est comparable aux lasers à fibre. En comparant les vitesses de coupe des lasers fibre et CO2, nous constatons qu'un laser fibre de 2000W peut couper aussi vite qu'un laser CO6000 de 2W.
Au fur et à mesure que la technologie laser à fibre progresse, il ne faudra pas longtemps avant que nous voyions une machine laser à haute puissance couper des matériaux épais à une vitesse qui ne peut être comparée à aucune autre technologie.
3. Coupe sans contact
Un outil de coupe sans contact signifie qu'il n'est pas nécessaire de remplacer l'outil de coupe en raison de l'usure. Il n'est pas nécessaire de prendre en compte la dureté de l'outil avant de traiter chaque nouveau matériau car les faisceaux laser peuvent couper de nombreux types de matériaux.
4. Grande adaptabilité et flexibilité
Grâce au contrôle et à l'automatisation CNC, les faisceaux laser peuvent être ajustés et optimisés pour découper des conceptions complexes et des bords complexes. Le faisceau compact emballant une immense puissance se traduit par une zone affectée par la chaleur minimale qui ne déforme pas la forme du produit final.
5. Consommation d'énergie réduite
Les machines laser à fibre consomment 50 % d'énergie en moins que les machines de découpe au CO2. Par rapport aux lasers CO2, les machines laser à fibre ne nécessitent pas de maintenance importante ni de réparations coûteuses. La conception est plus efficace, compacte et a une empreinte carbone réduite. Les machines laser CO2 ont besoin d'au moins 10 minutes pour se réchauffer avant de traiter le matériau. En revanche, une machine laser à fibre peut démarrer le processus immédiatement.
La capacité de traiter différents matériaux plus rapidement rend les lasers à fibre adaptés aux fabricants et producteurs à grand volume.
6. Variété de matériaux
Pendant longtemps, les matériaux réfléchissants ont posé un défi aux machines de découpe laser. Pourtant, les lasers à fibre peuvent traiter efficacement des matériaux hautement réfléchissants tels que aluminium, cuivre, argent, or et acier inoxydable poli. Fini le temps où la découpe laser n'était pas adaptée aux plaques épaisses. En raison d'une large gamme de puissances laser, les lasers à fibre peuvent traiter des plaques plus épaisses à une vitesse comparable à la découpe au laser CO2.
Outre les métaux, les lasers à fibre peuvent traiter les acryliques, le polyoxyméthylène, le poly (méthacrylate de méthyle), la lucite et le caoutchouc. Consultez notre article pour plus d'informations sur les matériaux que les lasers à fibre peuvent ou ne peuvent pas couper.
7. Investissement coûteux
Le seul inconvénient des machines de découpe laser fibre est leur coût d'investissement élevé. Le laser à fibre est 2 à 3 fois plus coûteux que le CO2. Mais étant donné qu'il ne s'agit que d'un investissement ponctuel offrant des avantages bien plus importants que toute autre technologie laser, les lasers à fibre sont rentables à long terme.
Les machines laser à fibre ne nécessitent pas d'entretien régulier ni de coûts d'exploitation élevés. Un laser à fibre de 3000 10 W consomme environ 4000 kW d'énergie électrique. D'autre part, la machine laser CO2 équivalente de 250 XNUMX W consommera jusqu'à XNUMX kW d'énergie. Cela fait une énorme différence dans les factures d'électricité annuelles entre les deux machines.
De plus, grâce à sa conception efficace, une machine laser à fibre peut durer toute une vie.
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