Au début 1960s, usinage par faisceau laser Le laser à balayage laser (LBM) est apparu peu après l'invention du laser. Il constituait une avancée technologique pour les applications laser, principalement le marquage et la gravure. Cette invention a donné le ton à la technologie du faisceau laser pour l'usinage des matériaux métalliques et non métalliques. Souhaitez-vous en savoir plus sur ses composants et son fonctionnement ? Cet article est votre guide ultime sur l'usinage par faisceau laser.
Qu'est-ce que l'usinage par faisceau laser ?
L'usinage par micro-érosion (LBM) est un procédé d'usinage non conventionnel qui utilise un faisceau laser hautement focalisé pour découper et enlever de la matière d'une pièce. Cette méthode est reconnue pour ses performances. de haute précision découpe, perçage et gravure sur le matériau.
C'est pourquoi il est utilisé dans les secteurs de l'énergie, de l'aérospatiale, de l'automobile, de la recherche et dans plusieurs industries où l'usinage de haute précision est essentiel. Le procédé LBM est contrôlé par des technologies de pointe. commande numérique par ordinateur Systèmes (CNC) qui garantissent que le faisceau laser suit précisément le chemin souhaité et maintient une qualité constante.
Comment fonctionne l'usinage par faisceau laser ?
L'usinage par faisceau laser est un outil efficace pour l'enlèvement de matière d'une pièce. Il est utilisé par de nombreuses industries manufacturières de pointe grâce à son optimisation des procédés d'usinage non traditionnels. Mais comment fonctionne-t-il ?
Génération laser
Le processus de génération laser implique la production d'un laser à travers un milieu tel que le CO₂, une fibre ou un matériau solide. Il se produit lorsque ce milieu absorbe l'énergie électrique et amplifie l'énergie lumineuse. Ce processus est courant dans les dispositifs au CO₂, où un apport d'énergie supplémentaire excite des mélanges gazeux dont le produit final est la lumière laser.
Bien que cette méthode ne soit pas applicable à la génération de lasers à fibre, le laser est produit par l'intermédiaire de diodes et est amplifié par fibre optique.
Interaction matérielle
Après la génération laser, vient l'étape d'interaction avec le matériau, où les choses deviennent intéressantes. Lors de l'interaction du matériau avec le faisceau laser, un échauffement intense se produit, ce qui provoque sa fusion, sa vaporisation ou son ablation. Grâce à cette interaction contrôlée, les ingénieurs de fabrication, les machinistes, les chercheurs et autres professionnels peuvent réaliser des gravures ou des découpes précises.
Manipulation du faisceau
La manipulation du faisceau nécessite l'utilisation de lentilles et de miroirs pour aider à diriger et à focaliser le faisceau laser d'un opérateur de machine à faisceau laser, en veillant à ce qu'il frappe la pièce directement et avec précision avec l'intensité souhaitée.
Contrôle de processus
Le contrôle des processus est moins mécanique et davantage informatique grâce à des systèmes informatiques avancés. Cette étape gère et garantit la précision et la répétabilité des processus pendant la production.
Types de lasers utilisés dans l'usinage
Lasers CO2
Ces lasers sont utilisés pour la découpe de matériaux non métalliques comme le bois, le plastique et le verre grâce à leur rendement et leur puissance élevés. Leur plage de puissance s'étend de 1 à 20 kilowatts, selon la puissance requise pour la découpe, le soudage ou la gravure. Les lasers CO₂ sont adaptés à différents cas d'utilisation et industries où des matériaux comme le verre, les métaux et les plastiques entrent dans la composition de la pièce usinée.
Lasers à l'état solide
Les lasers à solide utilisent des matériaux à gain solide comme le verre ou les cristaux. Ces matériaux sont combinés à des ions de métaux de transition, voire de terres rares, pour obtenir l'énergie de sortie souhaitée. Ils peuvent générer des puissances de sortie allant de 1 milliwatt à plusieurs kilowatts. Dans les versions plus puissantes, la puissance du faisceau continu peut atteindre des milliers de watts.
Lasers à fibre
Les lasers à fibre sont considérés comme plus avancés dans le secteur de la découpe laser. Cette approche différente de la découpe repose sur des bancs de diodes amplifiées par fibre optique pour générer la lumière laser. Ils sont relativement plus efficaces et faciles à entretenir grâce à une longueur d'onde d'environ 1070 nm.
Si vous recherchez un usinage de précision pour la gravure ou la découpe fine, cette option pourrait être idéale. Selon le fabricant ou l'application, les lasers à fibre peuvent atteindre des puissances de 10 à 100 kW.
Lasers liquides
Les lasers liquides sont utilisés pour l'usinage laser des matériaux en produisant une lumière laser grâce à des longueurs d'onde réglables. Ce type de laser utilise des colorants organiques et les longueurs d'onde réglables se situent dans une zone spécifique du spectre électromagnétique.
Les lasers liquides ont des applications en médecine laser et en spectroscopie et peuvent fournir une puissance de sortie de 1 W à plusieurs kilowatts selon le choix du fabricant ou de l'application.
Lasers à semi-conducteur
Les lasers à semi-conducteurs, ou diodes lasers, utilisent de petites puces comme support actif. Ces puces sont constituées de matériaux semi-conducteurs. Le laser à semi-conducteur peut produire une puissance de plusieurs kilowatts, allant jusqu'à 50 mW. Ces lasers sont recherchés pour l'enregistrement de disques optiques ou les applications Blu-ray.
Matériaux utilisés pour l'usinage par faisceau laser
L'usinage par faisceau laser prend en charge différents types de matériaux, et le faisceau laser ne fait pas exception. Son adaptabilité en fait un outil indispensable pour de nombreux environnements de fabrication utilisant plusieurs matériaux. Voici les matériaux utilisés pour l'usinage par faisceau laser :
Les métaux
| Type de métal | Qualité | Utilisez le |
| Aluminium | Léger, résistant | Automobile, aéronautique |
| Inox | Durable, résistant à la corrosion | Architecture, pièces médicales |
| Copper | Conductivité électrique | Pour les composants électriques |
| Titane | Excellent rapport résistance/poids | Pièces aérospatiales, implants médicaux |
| Nickel | Résistant à la corrosion et aux hautes températures | Composantes du secteur de l'énergie |
| Laiton | Combinaison de zinc et de cuivre | Plomberie, matériaux décoratifs |
Non-métaux
| Type non métallique | Qualité | Utilisez le |
| Le bois | Dur et fibreux | Des créations artistiques et décoratives complexes |
| Le verre | Verre sodocalcique et borosilicate | Gravure et découpage, architecture |
| Céramique | Résistance aux hautes températures, cassant, dur | Gravure et découpe, électroménager et meubles |
| Les matières plastiques | ABS, acrylique, polycarbonate | Plusieurs applications, notamment l’électronique, l’énergie, l’automobile, etc. |
| Composites | renforcé de fibres de carbone | Industries aérospatiale et automobile |
Matériaux spécialisés
| Type de matériau spécialisé | Qualité | Utilisez le |
| MOUSSE | polyuréthane | Industrie du commerce électronique pour l'isolation et l'emballage. |
| Verre usinable photo | Usinable via des composants légers, argentés ou cuivrés | La microfluidique est utilisée dans les dispositifs de santé, les produits pharmaceutiques, l'alimentation et les boissons, l'aérospatiale et le traitement chimique. |
| Les textiles | Léger | Utilisation industrielle et mode |
| Caoutchouc | Caoutchouc spécial, élastique | Joints et garnitures dans plusieurs industries |
Quels sont les composants d’un système d’usinage par faisceau laser ?
De nombreux éléments importants entrent en jeu pour faire de la machine à faisceau laser un système fonctionnel pour la découpe ou la gravure et d'autres cas d'utilisation.
Alimentation
L'alimentation électrique est un élément essentiel de la machine. Elle fournit l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement et à la génération des faisceaux laser.
Lampes flash
Pour produire la chaleur nécessaire à la conversion en un faisceau de haute intensité, la lampe flash ou à arc est essentielle. Cette lampe est alimentée par des gaz qui seront convertis en ions. Cette conversion est nécessaire pour générer suffisamment d'énergie pour faire fondre ou vaporiser les matériaux.
faisceau lumineux laser
Le rayonnement du faisceau laser est focalisé et contrôlé. Un processus d'amplification optique produit ce composant crucial grâce à la cohérence de la lumière produite par la focalisation sur des matériaux actifs.
Lentilles
Les lentilles permettent au faisceau de se focaliser sur le matériau à usiner pour une précision optimale. La lumière pénètre dans la lentille à différents niveaux. Elle pénètre par une lentille expansive ou une lentille de collimation, tout en s'alignant parallèlement. L'opérateur peut ajuster le faisceau laser à la taille idéale grâce à la lentille expansive.
Condensateur
Les condensateurs sont un autre composant important du processus d'usinage par faisceau laser. Ils chargent et libèrent l'énergie générée lors d'un processus appelé flash. Le condensateur fonctionne comme une mémoire chargée en mode pulsé. Il assure une charge et une décharge d'énergie efficaces et constantes.
Miroir réfléchissant
Ce composant est de type externe ou interne. Les options internes sont nécessaires pour amplifier ou maintenir les faisceaux laser générés. Tout comme les lentilles, elles dirigent le faisceau laser vers la pièce à usiner.
Pièce
La pièce à usiner est considérée comme l'élément le plus important du système d'usinage laser. Elle peut être métallique ou non métallique lorsqu'elle est soumise à un procédé utilisant divers matériaux, comme le plastique. pièces en acier inoxydable, bois, titane et plus encore.
Quels sont les paramètres clés de l’usinage par faisceau laser ?
En matière d’usinage par faisceau laser, certains facteurs font la différence entre un bon résultat et un excellent résultat.
Puissance du faisceau
La puissance du faisceau mesure la quantité de chaleur laser dirigée vers la pièce. Cette mesure est exprimée en watts. Par exemple, une puissance de 2000 500 W et plus est requise pour les matériaux épais comme le titane et l'acier inoxydable. Pour les matériaux de taille moyenne comme le plastique, une puissance de 2000 W à XNUMX XNUMX W est nécessaire.
Vitesse de coupe
Il est important de comprendre la vitesse la plus adaptée à un matériau lors de l'usinage par faisceau laser. La vitesse de coupe influence directement la qualité de la coupe et l'efficacité globale du processus d'usinage.
Tolérance
Le niveau de tolérance du système d'usinage par faisceau laser est un atout majeur pour sa durabilité dans diverses applications fastidieuses. tolérance le niveau peut aller de la tolérance de fabrication générale à la fabrication de haute précision, puis à la fabrication d'ultra-précision.
Finition de surface
Le système d'usinage par faisceau laser offre une excellente finition de surface grâce à sa précision et à sa polyvalence. Cela réduit le besoin d'étapes d'usinage supplémentaires.
Avantages de l'usinage par faisceau laser
L'usinage par faisceau laser est très rapide et sûr, mais quels sont les avantages pour vous ? Examinons les nombreux avantages du LBM :
Précision et exactitude
La découpe laser offre une grande précision et une grande exactitude. Cette fonctionnalité est particulièrement utile pour les conceptions complexes. Une telle précision dans la création de détails fins est particulièrement utile à l'industrie de la micro-ingénierie. Micro-usinage laser est utilisé pour obtenir une finition de surface finement précise et exacte sur une pièce à un niveau microscopique.
Polyvalence
L'usinage par faisceau laser est suffisamment adaptable pour traiter une grande variété de matériaux, y compris les matériaux non métalliques comme le plastique, le verre ou le bois. Quelle que soit la densité ou l'épaisseur du matériau, l'usinage par faisceau laser garantit un fonctionnement dynamique.
Processus sans contact
L'usinage par faisceau laser est un procédé sans contact. Cela signifie simplement que la découpe, le façonnage, le marquage et la gravure peuvent être effectués sur une pièce sans interaction physique ni collision avec les pièces de la machine. Il réduit le risque de contamination dans la transformation des aliments et minimise l'usure mécanique des pièces de la machine.
Flexibilité de personnalisation et de conception
L'usinage par faisceau laser permet la fabrication de conceptions complexes et sophistiquées, parfois difficiles à réaliser avec l'usinage conventionnel. Cette liberté créative, la personnalisation et la flexibilité de conception permettent découpe au faisceau laser la machine créera des géométries ou des gravures uniques pour différents cas d'utilisation.
Efficacité énergétique et durabilité
Les systèmes à faisceau laser sont économes en énergie grâce à leur faible consommation d'énergie. Cette particularité contribue à minimiser les déchets lors de la fabrication, faisant du LBM un procédé d'usinage respectueux de l'environnement.
Speed
L'usinage par faisceau laser est une méthode d'usinage très rapide. Cette vitesse permet une production en grande série à faible coût. Vous économisez ainsi du temps, de l'argent et de la main-d'œuvre.
Sécurité et ergonomie améliorées
L'usinage par faisceau laser étant une technique non conventionnelle utilisant des méthodes sans contact, il n'y a aucun risque d'interaction avec des objets tranchants ou lourds. Cela réduit les risques d'accidents du travail.
Applications d'usinage par faisceau laser pour les industries
L'efficacité et la précision de la machine de découpe par faisceau laser servent à la fois à des fins de bas et de haut niveau dans les applications suivantes ci-dessous.
Industrie aerospatiale
L'industrie aérospatiale requiert un usinage laser de précision pour fabriquer des pièces complexes pour avions ou engins spatiaux, respectant les lois de l'aérodynamique. Cet usinage contribue également à la personnalisation des équipements spatiaux et des composants des systèmes satellitaires.
Architecture et bâtiment
Dans l'architecture et le bâtiment/la construction, les machines de découpe laser permettent aux professionnels de découper avec précision des matériaux de construction tels que le verre ou l'acier. Découpez finement des matériaux complexes ou prototypes renforcer l’attrait esthétique des bâtiments.
Automobile
Un véhicule automobile est composé de nombreuses pièces complexes et délicates, que l'usinage par faisceau laser prend en charge sans difficulté. Certaines de ces pièces sont externes ou internes, et leur fabrication améliore le rendement énergétique du véhicule. La carrosserie, le châssis et les connecteurs de batterie des véhicules électriques bénéficient également d'un faisceau laser.
Usinage de micro-trous
Le soudage par faisceau laser est idéal pour le perçage de micro-trous et/ou la construction d'assemblages légers. C'est l'outil d'usinage idéal pour les applications soumises à de fortes contraintes. composants électriques .
Production d'usinage macro
En macro-usinage, un faisceau laser haute puissance est utilisé pour modifier, découper ou façonner de grands détails sur la pièce à usiner. Les détails et dimensions créés par macro-usinage sont relativement plus grands et nécessitent davantage de puissance. micro-usinage.
Vitrines et Écrans Numériques
Dans les processus de haute précision, le faisceau laser est utilisé pour construire des pièces pour les installations d'énergie nucléaire ou pour découper au laser des pipelines, ainsi que pour fabriquer des composants de turbines et d'énergie solaire.
Secteur de l'énergie
Le secteur mondial de l'énergie a besoin de machines à faisceau laser capables de découper ou de souder des circuits imprimés. Elles permettent également de graver des numéros de série ou d'identification sur des composants fragiles. Composants electroniquesLes fabricants d'ordinateurs, de smartphones, de tablettes et de circuits imprimés utilisent également la découpe de précision et le perçage laser des faisceaux laser.
Recherche et Développement
L'usinage par faisceau laser est essentiel au prototypage et au développement de nouvelles technologies dans divers secteurs. Certains composants de laboratoire spécialisés doivent passer par une machine à faisceau laser pour contrôle de qualité afin de vérifier leur aptitude à un usage commercial.
Limites de l'usinage par faisceau laser
Malgré ses nombreux avantages pour de nombreux secteurs industriels, cette technique présente certaines limites quant à sa mise en œuvre et à son utilisation prolongée. Son coût initial élevé constitue l'un des principaux obstacles à la mise en place de l'usinage par faisceau laser.
Cependant, ce coût élevé dépend de plusieurs facteurs, notamment l’approvisionnement et l’installation de systèmes de contrôle informatique, de lentilles, de pièces à usiner ou de condensateurs.
Différences entre l'usinage par faisceau laser et l'usinage par faisceau d'électrons
En comparant les machines à faisceau laser et à faisceau d'électrons, les deux facteurs déterminants résident dans leur application et leur principe de fonctionnement. L'usinage par faisceau laser implique la découpe, la gravure et le soudage de pièces à l'aide de faisceaux laser. usinage par faisceau d'électrons Ce procédé utilise l'électricité pour l'usinage. La principale différence réside dans le fait que l'usinage laser nécessite une énergie lumineuse concentrée pour fonctionner, tandis qu'un faisceau d'électrons utilise des électrons.
Conclusion
L'usinage par faisceau laser (LBM) est une technique révolutionnaire offrant une précision, une efficacité et une polyvalence inégalées dans de nombreux secteurs. Grâce aux progrès constants de la technologie laser, ce procédé devient un outil indispensable dans la fabrication moderne. Besoin d'un devis pour démarrer votre projet d'usinage par faisceau laser ? Obtenez un devis rapidement et facilement en nous contactant. nous contacter.