Leçon 6.2CouperChapitre 6 · Découpe et usinage non conventionnel

Découpe laser

Une lumière focalisée fait fondre ou vaporise une fine saignée

La découpe laser trace une forme dans une matière plane avec un faisceau de lumière focalisé qui fait fondre une ligne étroite à travers elle. De nombreux supports métalliques, panneaux de boîtiers et enseignes en acrylique commencent ainsi. Elle n'a besoin d'aucun outillage : la machine découpe directement à partir d'un fichier de dessin, donc une seule pièce est aussi facile à faire que mille.

Photo : EGU-Metall, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Tête de découpe laser au-dessus d'une tôle, coupe de côté le long de la découpeLa figure est une coupe de côté le long de la découpe : la tête avance vers la droite et laisse la saignée derrière elle. Les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Produire le faisceau. Une source laser transforme l'électricité en un faisceau infrarouge intense et invisible. Les lasers à fibre (le faisceau est généré dans une fibre de verre) dominent la découpe des métaux ; les lasers CO2 (le faisceau vient d'un mélange gazeux) sont courants pour le bois et les plastiques.
Le focaliser. Un câble à fibre (ou des miroirs, pour le CO2) amène le faisceau à la tête de coupe. Une lentille le concentre en un point d'une fraction de millimètre de large.
Faire fondre. À cet endroit l'énergie est si concentrée que la matière fond, ou se vaporise en partie, sur toute son épaisseur.
Souffler. Un gaz d'assistance passe par la buse autour du faisceau et chasse le métal fondu par le bas de la découpe sous forme d'étincelles. L'oxygène brûle aussi l'acier et ajoute de la chaleur ; l'azote laisse un bord net et brillant.
Tracer le contour. Un système CNC (commande numérique) déplace la tête le long du contour, laissant une étroite saignée (la fente que fait la coupe). Un capteur garde la buse à environ 1 mm au-dessus de la tôle.

La plupart des machines découpent de la tôle plane posée sur un lit de lames de support pointues. Les lasers à tubes font tourner un tube sous la tête pour découper des trous, des fentes et des extrémités en biais.

Chiffres clés

Matériaux: Acier doux et inoxydable, aluminium, cuivre et laiton (lasers à fibre) ; bois, acrylique, carton, tissu et cuir (lasers CO2)
Pièces typiques: Supports, panneaux de boîtiers, joints, enseignes et lettrage, pièces planes imbriquées sur une tôle
Taille de pièce: Tôles planes typiquement jusqu'à 1,5 × 3 m ou 2 × 4 m ; acier jusqu'à environ 25 mm d'épaisseur sur les machines courantes
Précision: Souvent environ ±0,1 mm
État de surface: Face de coupe lisse avec de fines lignes verticales ; une fine zone affectée thermiquement (une bande dont la structure a été changée par la chaleur)
Taille de série adaptée: De la pièce unique aux grandes séries, sans outillage et avec chargement automatique des tôles
Coût d'outillage et de machine: Pas d'outillage propre à la pièce ; les découpeuses CO2 de loisir coûtent quelques milliers de dollars, les machines à fibre industrielles quelques centaines de milliers
Vitesse: Des dizaines de mètres par minute en tôle mince ; environ 1 m/min dans de l'acier de 20 mm

Atouts et limites

Atouts

Pas d'outillage : n'importe quel contour 2D directement à partir d'un fichier de dessin
Saignée étroite et détails fins, souvent environ ±0,1 mm
Rapide en tôle mince ; les pièces sont imbriquées (rangées serré sur la tôle) pour économiser la matière
Une machine traite de nombreux métaux, ou le bois et les plastiques avec une source CO2

Limites

Surtout de la tôle plane et du tube ; la tôle épaisse est lente
La chaleur laisse une fine zone altérée et peut gauchir les pièces minces
Le cuivre et le laiton brillants demandent des lasers à fibre et du soin
Certains plastiques, comme le PVC, dégagent un gaz toxique et ne doivent pas être découpés au laser

Où on l'utilise

Ateliers de tôlerieSupports, panneaux, protections de machines, pièces uniques
AutomobilePièces de carrosserie de prototypes, détourage de pièces formées avec des lasers 5 axes, pièces d'échappement
Machines et agricultureChâssis, brides, goussets, platines de fixation
Architecture et enseignesÉcrans de façades décoratifs, lettrage, pièces d'escaliers
ÉlectroniquePochoirs inox pour pâte à braser, fines pièces de blindage
Makers et designPrésentoirs en acrylique, maquettes en contreplaqué, maroquinerie

Comment le reconnaître

De très fines lignes verticales régulières (stries) sur la face de coupe, et un bord net et d'équerre.
De minuscules languettes ou entailles sur le bord : des micro-jonctions, de petits ponts laissés pour tenir les pièces dans la tôle et cassés ensuite.
Une petite marque de perçage là où chaque coupe a commencé, là où le faisceau a d'abord percé, souvent juste à côté du contour final.
Sur le bois, un bord bruni, légèrement carbonisé ; sur l'acrylique, un bord brillant, poli à la flamme.

À comparer avec

Découpe plasma6.3moins chère et plus rapide dans les fortes tôles d'acier, mais avec une saignée plus large et un bord plus rugueux, légèrement biseauté.Découpe au jet d'eau6.4pas de chaleur du tout et découpe la pierre, le verre et les métaux très épais, mais elle est plus lente.Poinçonnage6.1plus rapide pour de nombreux trous identiques dans une tôle mince, mais chaque forme demande son propre outil.

À regarder

Ponoko Laser Cutting · Les parties d'une découpeuse laser, expliquées simplement

Small Things · Pourquoi la lumière focalisée peut faire fondre l'acier

TRUMPF Inc. · Un laser à fibre qui découpe une tôle de 25 mm, étincelles comprises

Ray Frith · Découpe quotidienne de tôle de 3 mm sur le sol de l'atelier

Voir de vraies photos

Wikipédia : Découpe laser — photos de têtes de découpe laser et de pièces découpées, avec des données de procédé
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Une lentille focalise le faisceau en un minuscule point qui fait fondre une ligne à travers la matière.
Le gaz d'assistance chasse la matière fondue ; l'oxygène ajoute de la chaleur, l'azote garde le bord net.
Pas d'outillage et environ ±0,1 mm : le choix par défaut pour les pièces planes en tôle fine à moyenne.