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Aperçu de la découpe laser
1. Principe de la découpe laser
La découpe laser utilise un faisceau laser haute puissance et haute densité pour irradier la pièce afin de la faire fondre, la gazéifier et la casser pour couper le matériau, comme indiqué sur la figure.
2. Classification des principaux modes de découpe laser
La découpe laser est une technologie polyvalente qui offre différents modes de découpe adaptés à différents matériaux et applications. Ces modes peuvent être classés en grandes catégories comme suit :
(1) Découpe par gazéification
En découpe par gazéification, des faisceaux laser de haute énergie et de haute densité sont utilisés pour chauffer rapidement la pièce. Cette chaleur intense porte la température de surface du matériau à son point d'ébullition. Une partie du matériau se vaporise alors, tandis qu'une autre est expulsée par le bas de la ligne de coupe grâce à des gaz auxiliaires. Ce processus permet l'enlèvement de matière et la réalisation de la découpe. La découpe par gazéification est principalement employée pour la découpe de métaux fragiles et de certains matériaux non métalliques, tels que le bois, les matériaux carbonés, les plastiques et le caoutchouc. Par exemple, la découpeuse laser Redshift série RS utilise principalement cette méthode en raison de son efficacité sur ces matériaux.
(2) Découpe par fusion
La découpe par fusion consiste à appliquer un faisceau laser à haute énergie et à haute densité pour chauffer la pièce jusqu'au point de fusion du matériau. Simultanément, un gaz non oxydant à haute pression, tel que l'argon (Ar), l'hélium (He) ou l'azote (N), est soufflé à travers une buse pour éliminer le matériau fondu et créer une incision dans le matériau.
La découpe par fusion est particulièrement adaptée aux matériaux moins sujets à l'oxydation ou aux métaux actifs, tels que l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et leurs alliages respectifs.
(3) Oxydation, fusion et découpe
Ce mode utilise un faisceau laser à haute énergie et haute densité comme source de chaleur de préchauffage. En même temps, une buse dirige de l'oxygène à haute pression ou d'autres gaz actifs sur le matériau comme gaz de coupe. Cette approche a un double objectif : tout d'abord, l'oxygène à haute pression réagit avec le métal coupé, générant une chaleur d'oxydation importante ; ensuite, l'oxyde fondu et la masse fondue sont expulsés de la zone de réaction, ce qui entraîne une coupe du matériau.
L’oxydation, la fusion et la découpe sont couramment utilisées pour les matériaux métalliques facilement oxydables, notamment l’acier au carbone, l’acier au titane et l’acier traité thermiquement.
(4) Contrôle de la coupe des fractures
La découpe par fracture contrôlée est utilisée sur les matériaux cassants, induisant un gradient thermique important et une déformation mécanique sévère à l'aide d'un faisceau laser à haute énergie et haute densité. Ce processus forme une rainure mineure par évaporation thermique. Par la suite, une force externe est appliquée pour initier la fracture le long de la rainure mineure, créant ainsi une entaille dans le matériau. Ce mode est particulièrement utile pour le traçage des céramiques et des plaquettes, où un contrôle précis du processus de fracture est essentiel.
Aperçu de la composition du système de découpe laser CO2
1. Structure globale de la machine de découpe laser CO2
Selon le mouvement relatif de la tête de découpe laser et de la table de travail, la machine de découpe laser CO2 possède trois types :
- Faisceau fixe (chemin optique fixe) : Dans cette configuration, la tête de coupe reste stationnaire tandis que la table de travail se déplace le long des axes X et Y.
- Faisceau mobile (trajet optique volant) : ici, la tête de coupe se déplace le long des axes X et Y, tandis que la table de travail reste fixe. Cette configuration est adaptée aux tailles de traitement plus importantes et permet de gagner de la place.
- Approche visuelle hybride (hybride semi-fixe et semi-mobile) : cette approche combine des éléments de configurations fixes et mobiles, offrant polyvalence en termes de précision et d’adaptabilité.
(1) Fixation de la poutre : Pendant le processus de découpe, la fixation de la poutre
La tête de coupe de la machine de découpe ne peut pas bouger et la position de la table de travail se déplace le long des axes X et Y, comme indiqué sur la figure.
(2) Mouvement du faisceau : Pendant le processus de découpe, le mouvement du faisceau
La tête de coupe de la machine de découpe se déplace le long des axes X et Y, et la position de la table de travail est fixe, de sorte que la taille de traitement est grande et que l'équipement occupe une petite surface. La pièce n'a pas besoin d'être serrée, ce qui est le modèle de machine de découpe courant.
2. Source laser pour machine de découpe laser CO2
| Laser Source | Longueur d'onde (μm) | Matériel Requis | Avantages | Désavantages | Positionnement sur le marché |
|---|---|---|---|---|---|
| CO2 laser | 10.6 | Textiles, bois, acrylique, PP, plexiglas, etc. | Excellente qualité de section | Coûteux, coût de maintenance élevé, coût d'exploitation élevé | 30-130 W pour la découpe et la gravure de matériaux non métalliques, 500-20,000 XNUMX W pour la découpe de métaux |
| Laser à fibre | 10.6 | Métal, plastique, cuir | Découpe de précision, flexibilité, convient aux tôles fines | Coûteux, difficile avec des matériaux hautement réfléchissants comme l'aluminium et le cuivre, lent pour les plaques épaisses | 30-100 W pour le marquage des métaux et les coupes de haute précision dans les matériaux fins. 1000 20,000-XNUMX XNUMX W pour la découpe des métaux |
| Semi-conducteur YAG | 1.06 | Métal | Économique, coupe les métaux non ferreux | Limité aux matériaux d'une épaisseur inférieure à 8 mm, faible efficacité de coupe | Découpe de matériaux métalliques d'une épaisseur inférieure à 8 mm |
3. Système de guidage et de focalisation de la lumière laser pour machine de découpe laser CO2
Le système de guidage et de focalisation du faisceau laser est un élément essentiel des machines de découpe laser CO2, chargé de diriger et de concentrer avec précision le faisceau laser sur la pièce. Nous allons ici décomposer sa fonction et sa composition en termes plus simples :
(1) Fonction du guide de lumière laser et du système de focalisation :
Lorsque nous utilisons des lasers pour la découpe ou la gravure, la précision est essentielle. Le système de guidage et de focalisation du faisceau laser joue un rôle crucial :
- Guidage du faisceau laser : il dirige le faisceau laser vers le bon endroit sur la pièce en fonction des conditions de traitement, de la forme de la pièce et des exigences de découpe ou de gravure.
- Focalisation du faisceau laser : Il concentre le faisceau laser sur un point fin, garantissant qu'il a la puissance de couper ou de graver efficacement.
(2) Composition du guide de lumière laser et du système de focalisation :
Voyons maintenant ce qui constitue le système de guidage et de focalisation du faisceau laser, en particulier dans une petite machine de découpe laser CO2 :
- Système de guidage de la lumière : cette partie comprend des miroirs entièrement réfléchissants. Considérez ces miroirs comme des panneaux de signalisation pour le faisceau laser. Ils font rebondir la lumière laser dans la bonne direction, la guidant là où elle doit aller.
- Système de focalisation : Ce système est constitué de miroirs de focalisation. Imaginez ces miroirs comme des loupes pour le faisceau laser. Ils font converger la lumière laser vers un point minuscule et puissant, ce qui lui permet de couper ou de graver avec précision.
4. Système de découpe laser
(1) Composition du système de contrôle :
Les principaux objets de contrôle du système de contrôle de la machine de découpe laser CO2 contiennent le laser, le pilote du moteur pas à pas dans le mécanisme de mouvement, le ventilateur de soufflage et d'extraction et le refroidisseur, comme indiqué sur la figure.
(2) Composition du logiciel et du matériel du système de contrôle :
Le matériel du système de contrôle comprend un ordinateur personnel industriel, un panneau de commande, une carte de commande principale, une carte d'interface, un pilote, un moteur pas à pas, etc.
(3) Le contrôleur central fonctionne :
Le contrôleur central reçoit les commandes de fonctionnement et de contrôle de l'ordinateur et du panneau pour terminer le travail de contrôle du fonctionnement du moteur, de contrôle du système de génération laser et de surveillance et d'invite de divers états de contrôle.
(4) Composition matérielle du système de contrôle :
Le panneau de commande comprend les boutons de démarrage, de haute tension laser, de réinitialisation, de sortie lumineuse manuelle, de pause, de direction et autres, ainsi qu'un indicateur d'état et un régulateur d'énergie laser.
Le logiciel du système de contrôle prend en charge les formats de fichiers PLT, BMP et DXF générés par divers logiciels graphiques généraux et adopte un mode de travail mixte de vecteur et de matrice de points pour terminer le travail de gravure et de découpe.
5. Cas du système de détection et de détection de la machine de découpe laser CO2
Le système de limite de course positive et négative de l'axe X est tel qu'illustré sur la figure.
6. Système auxiliaire et de refroidissement de la machine de découpe laser CO2
Le système de refroidissement et auxiliaire de la machine de découpe laser CO2 comprend des accessoires de refroidissement tels qu'un ventilateur d'extraction, une pompe de soufflage, un refroidisseur d'eau et une plate-forme de découpe.
(1) Plateforme de coupe :
Il existe 3 types de plateformes de découpe. La plateforme à convoyeur et nid d'abeille est adaptée au traitement des tissus, du cuir et autres matériaux souples, comme illustré sur la figure ; la plateforme à lames est idéale pour le traitement du plexiglas, des plaques épaisses et autres matériaux durs, comme illustré sur la figure.
