Usinage et découpe au laser et LBM

DÉCOUPE AU LASER is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING technologie qui utilise un laser pour couper des matériaux, des applications industrielles et de fabrication. Dans LASER BEAM MACHINING (LBM), une source laser concentre l'énergie optique sur la surface de la pièce. La découpe laser dirige la sortie hautement focalisée et haute densité d'un laser haute puissance, par ordinateur, vers le matériau à découper. Le matériau ciblé fond alors, brûle, se vaporise ou est soufflé par un jet de gaz, de manière contrôlée, laissant un bord avec une finition de surface de haute qualité. Nos découpeuses laser industrielles conviennent à la découpe de matériaux en tôle plate ainsi que de matériaux de structure et de tuyauterie, de pièces métalliques et non métalliques. Généralement, aucun vide n'est requis dans les processus d'usinage et de découpe par faisceau laser. Il existe plusieurs types de lasers utilisés dans la découpe et la fabrication au laser. L'onde pulsée ou continue CO2 LASER est adaptée pour la découpe, le perçage et la gravure. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical dans le style et ne diffèrent que dans l'application. Le néodyme Nd est utilisé pour l'alésage et lorsqu'une énergie élevée mais une faible répétition est requise. Le laser Nd-YAG, quant à lui, est utilisé lorsqu'une puissance très élevée est requise et pour le perçage et la gravure. Les lasers CO2 et Nd/Nd-YAG peuvent être utilisés pour LASER WELDING. Les autres lasers que nous utilisons dans la fabrication incluent Nd : GLASS, RUBY et EXCIMER. Dans l'usinage par faisceau laser (LBM), les paramètres suivants sont importants : La réflectivité et la conductivité thermique de la surface de la pièce ainsi que sa chaleur spécifique et sa chaleur latente de fusion et d'évaporation. L'efficacité du processus d'usinage par faisceau laser (LBM) augmente avec la diminution de ces paramètres. La profondeur de coupe peut être exprimée comme suit :

 

t ~ P / (vxd)

 

Cela signifie que la profondeur de coupe "t" est proportionnelle à la puissance absorbée P et inversement proportionnelle à la vitesse de coupe v et au diamètre du faisceau laser d. La surface produite avec LBM est généralement rugueuse et présente une zone affectée thermiquement.

 

 

 

DÉCOUPE ET USINAGE AU LASER AU DIOXYDE DE CARBONE (CO2): Les lasers CO2 excités par courant continu sont pompés en faisant passer un courant à travers le mélange gazeux tandis que les lasers CO2 excités par RF utilisent l'énergie radiofréquence pour l'excitation. La méthode RF est relativement nouvelle et est devenue plus populaire. Les conceptions à courant continu nécessitent des électrodes à l'intérieur de la cavité et, par conséquent, elles peuvent avoir une érosion des électrodes et un placage du matériau d'électrode sur l'optique. Au contraire, les résonateurs RF ont des électrodes externes et ne sont donc pas sujets à ces problèmes. Nous utilisons des lasers CO2 dans la découpe industrielle de nombreux matériaux tels que l'acier doux, l'aluminium, l'acier inoxydable, le titane et les plastiques.

 

 

 

DÉCOUPE AU LASER YAG and USINAGE : Nous utilisons des lasers YAG pour la découpe et le traçage des métaux et de la céramique. Le générateur laser et l'optique externe nécessitent un refroidissement. La chaleur résiduelle est générée et transférée par un fluide caloporteur ou directement dans l'air. L'eau est un fluide caloporteur courant, qui circule généralement dans un refroidisseur ou un système de transfert de chaleur.

 

 

 

DÉCOUPE ET USINAGE AU LASER EXCIMER : Un laser excimer est une sorte de laser avec des longueurs d'onde dans la région ultraviolette. La longueur d'onde exacte dépend des molécules utilisées. Par exemple, les longueurs d'onde suivantes sont associées aux molécules indiquées entre parenthèses : 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 353 nm (XeF). Certains lasers à excimères sont accordables. Les lasers à excimère ont la propriété intéressante de pouvoir éliminer de très fines couches de matériau de surface sans presque aucun chauffage ni modification du reste du matériau. Par conséquent, les lasers excimères sont bien adaptés au micro-usinage de précision de matériaux organiques tels que certains polymères et plastiques.

 

 

 

DÉCOUPE AU LASER ASSISTÉE AU GAZ : Parfois, nous utilisons des faisceaux laser en combinaison avec un flux de gaz, comme l'oxygène, l'azote ou l'argon pour couper des matériaux en feuilles minces. Ceci est fait en utilisant a LASER-BEAM TORCH. Pour l'acier inoxydable et l'aluminium, nous utilisons une découpe laser assistée par gaz inerte à haute pression utilisant de l'azote. Il en résulte des bords sans oxyde pour améliorer la soudabilité. Ces flux de gaz expulsent également les matériaux fondus et vaporisés des surfaces des pièces.

 

 

 

Dans a LASER MICROJET CUTTING , nous avons un laser guidé par jet d'eau dans lequel un faisceau laser pulsé est couplé à un jet d'eau à basse pression. Nous l'utilisons pour effectuer une découpe laser tout en utilisant le jet d'eau pour guider le faisceau laser, semblable à une fibre optique. Les avantages du microjet laser sont que l'eau élimine également les débris et refroidit le matériau, il est plus rapide que la découpe laser « à sec » traditionnelle avec des vitesses de découpe plus élevées, un trait de coupe parallèle et une capacité de coupe omnidirectionnelle.

 

 

 

Nous déployons différentes méthodes de découpe à l'aide de lasers. Certaines des méthodes sont la vaporisation, la fusion et le soufflage, le soufflage et la combustion par fusion, la fissuration sous contrainte thermique, le traçage, la découpe et la combustion à froid, la découpe au laser stabilisée.

 

- Découpe par vaporisation : Le faisceau focalisé chauffe la surface du matériau jusqu'à son point d'ébullition et crée un trou. Le trou entraîne une augmentation soudaine de l'absorptivité et approfondit rapidement le trou. Au fur et à mesure que le trou s'approfondit et que le matériau bout, la vapeur générée érode les parois en fusion, soufflant le matériau et agrandissant davantage le trou. Les matériaux non fondants tels que le bois, le carbone et les plastiques thermodurcissables sont généralement coupés par cette méthode.

 

- Découpe par fusion et soufflage : Nous utilisons du gaz à haute pression pour souffler le matériau fondu de la zone de découpe, ce qui diminue la puissance requise. Le matériau est chauffé à son point de fusion, puis un jet de gaz souffle le matériau fondu hors du trait de scie. Cela élimine le besoin d'augmenter davantage la température du matériau. Nous coupons les métaux avec cette technique.

 

- Fissuration sous contrainte thermique : Les matériaux fragiles sont sensibles à la rupture thermique. Un faisceau est focalisé sur la surface provoquant un échauffement localisé et une dilatation thermique. Il en résulte une fissure qui peut ensuite être guidée en déplaçant la poutre. Nous utilisons cette technique dans la découpe du verre.

 

- Découpage furtif des tranches de silicium : la séparation des puces microélectroniques des tranches de silicium est réalisée par le processus de découpage furtif, en utilisant un laser Nd:YAG pulsé, la longueur d'onde de 1064 nm est bien adaptée à la bande interdite électronique du silicium (1,11 eV ou 1117 nm). Ceci est populaire dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs.

 

- La découpe réactive : Aussi appelée oxycoupage, cette technique peut s'apparenter à la découpe au chalumeau à oxygène mais avec un faisceau laser comme source d'allumage. Nous l'utilisons pour couper de l'acier au carbone d'une épaisseur supérieure à 1 mm et même des tôles d'acier très épaisses avec une faible puissance laser.

 

 

 

LASERS PULSÉS nous fournissent une rafale d'énergie de haute puissance pendant une courte période et sont très efficaces dans certains processus de découpe au laser, tels que le perçage, ou lorsque de très petits trous ou des vitesses de coupe très faibles sont nécessaires. Si un faisceau laser constant était utilisé à la place, la chaleur pourrait atteindre le point de faire fondre toute la pièce en cours d'usinage. Nos lasers ont la capacité d'émettre des impulsions ou de couper CW (onde continue) sous le contrôle du programme NC (contrôle numérique). Nous utilisons LASERS À DOUBLE PULSE émettant une série de paires d'impulsions pour améliorer le taux d'enlèvement de matière et la qualité du trou. La première impulsion enlève le matériau de la surface et la seconde impulsion empêche le matériau éjecté de réadhérer au côté du trou ou de la coupe.

 

 

 

Les tolérances et l'état de surface de la découpe et de l'usinage au laser sont exceptionnels. Nos découpeuses laser modernes ont des précisions de positionnement d'environ 10 micromètres et des répétabilités de 5 micromètres. Les rugosités standard Rz augmentent avec l'épaisseur de la tôle, mais diminuent avec la puissance du laser et la vitesse de coupe. Les processus de découpe et d'usinage au laser sont capables d'atteindre des tolérances étroites, souvent à moins de 0,001 pouce (0,025 mm). La géométrie des pièces et les caractéristiques mécaniques de nos machines sont optimisées pour obtenir les meilleures capacités de tolérance. Les finitions de surface que nous pouvons obtenir à partir de la découpe au faisceau laser peuvent varier entre 0,003 mm et 0,006 mm. En général, nous réalisons facilement des trous de 0,025 mm de diamètre, et des trous aussi petits que 0,005 mm et des rapports profondeur/diamètre de trou de 50 à 1 ont été produits dans divers matériaux. Nos découpeuses laser les plus simples et les plus standard coupent le métal en acier au carbone de 0,020 à 0,5 pouce (0,51 à 13 mm) d'épaisseur et peuvent facilement être jusqu'à trente fois plus rapides que le sciage standard.

 

 

 

L'usinage par faisceau laser est largement utilisé pour le perçage et la découpe de métaux, de non-métaux et de matériaux composites. Les avantages de la découpe laser par rapport à la découpe mécanique incluent une tenue de travail plus facile, la propreté et une contamination réduite de la pièce (puisqu'il n'y a pas d'arête de coupe comme dans le fraisage ou le tournage traditionnel qui peut être contaminé par le matériau ou contaminer le matériau, c'est-à-dire l'accumulation de bue). La nature abrasive des matériaux composites peut les rendre difficiles à usiner par des méthodes conventionnelles mais faciles par usinage au laser. Comme le faisceau laser ne s'use pas pendant le processus, la précision obtenue peut être meilleure. Parce que les systèmes laser ont une petite zone affectée par la chaleur, il y a également moins de chance de déformer le matériau qui est coupé. Pour certains matériaux, la découpe au laser peut être la seule option. Les processus de découpe par faisceau laser sont flexibles, et la livraison de faisceaux de fibres optiques, une fixation simple, des temps de configuration courts, la disponibilité de systèmes CNC tridimensionnels permettent à la découpe et à l'usinage au laser de rivaliser avec succès avec d'autres procédés de fabrication de tôle tels que le poinçonnage. Cela étant dit, la technologie laser peut parfois être combinée avec les technologies de fabrication mécanique pour une meilleure efficacité globale.

 

 

 

La découpe au laser des tôles présente les avantages par rapport à la découpe au plasma d'être plus précise et d'utiliser moins d'énergie, cependant, la plupart des lasers industriels ne peuvent pas couper à travers la plus grande épaisseur de métal que le plasma peut. Les lasers fonctionnant à des puissances plus élevées telles que 6 000 watts se rapprochent des machines à plasma dans leur capacité à découper des matériaux épais. Cependant, le coût en capital de ces découpeuses laser de 6 000 watts est beaucoup plus élevé que celui des machines de découpe au plasma capables de découper des matériaux épais comme des tôles d'acier.

 

 

 

La découpe et l'usinage au laser présentent également des inconvénients. La découpe au laser implique une forte consommation d'énergie. Les rendements laser industriels peuvent varier de 5 % à 15 %. La consommation d'énergie et l'efficacité d'un laser particulier varient en fonction de la puissance de sortie et des paramètres de fonctionnement. Cela dépendra du type de laser et de la façon dont le laser correspond au travail à accomplir. La puissance de découpe laser requise pour une tâche particulière dépend du type de matériau, de l'épaisseur, du procédé (réactif/inerte) utilisé et de la vitesse de découpe souhaitée. Le taux de production maximal dans la découpe et l'usinage au laser est limité par un certain nombre de facteurs, notamment la puissance du laser, le type de processus (réactif ou inerte), les propriétés et l'épaisseur du matériau.

 

 

 

Dans LASER ABLATION nous enlevons de la matière d'une surface solide en l'irradiant avec un faisceau laser. À faible flux laser, le matériau est chauffé par l'énergie laser absorbée et s'évapore ou se sublime. À flux laser élevé, le matériau est généralement converti en plasma. Les lasers haute puissance nettoient une grande tache avec une seule impulsion. Les lasers de faible puissance utilisent de nombreuses petites impulsions qui peuvent être balayées sur une zone. Dans l'ablation au laser, nous enlevons de la matière avec un laser pulsé ou avec un faisceau laser à onde continue si l'intensité du laser est suffisamment élevée. Les lasers pulsés peuvent percer des trous extrêmement petits et profonds dans des matériaux très durs. Des impulsions laser très courtes enlèvent le matériau si rapidement que le matériau environnant absorbe très peu de chaleur. Le perçage au laser peut donc être effectué sur des matériaux délicats ou sensibles à la chaleur. L'énergie laser peut être sélectivement absorbée par les revêtements. Par conséquent, les lasers pulsés CO2 et Nd:YAG peuvent être utilisés pour nettoyer les surfaces, enlever la peinture et le revêtement, ou préparer les surfaces pour la peinture sans endommager la surface sous-jacente.

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object. Ces deux techniques sont en fait les applications les plus utilisées. Aucune encre n'est utilisée, ni aucun outil qui entre en contact avec la surface gravée et s'use, comme c'est le cas avec les méthodes traditionnelles de gravure et de marquage mécaniques. Les matériaux spécialement conçus pour la gravure et le marquage au laser comprennent des polymères sensibles au laser et de nouveaux alliages métalliques spéciaux. Bien que les équipements de marquage et de gravure au laser soient relativement plus chers que les alternatives telles que les poinçons, les broches, les stylets, les tampons de gravure, etc., ils sont devenus plus populaires en raison de leur précision, de leur reproductibilité, de leur flexibilité, de leur facilité d'automatisation et de leur application en ligne. dans une grande variété d'environnements de fabrication.

 

 

 

Enfin, nous utilisons des faisceaux laser pour plusieurs autres opérations de fabrication :

 

- SOUDURE LASER

 

- TRAITEMENT THERMIQUE LASER : Traitement thermique à petite échelle des métaux et des céramiques pour modifier leurs propriétés mécaniques et tribologiques de surface.

 

- TRAITEMENT/MODIFICATION DE SURFACE AU LASER : Les lasers sont utilisés pour nettoyer les surfaces, introduire des groupes fonctionnels, modifier les surfaces dans le but d'améliorer l'adhérence avant le dépôt de revêtement ou les processus d'assemblage.