Processus principal de la machine de découpe laser

1, Découpe par vaporisation.
Lors du processus de découpe par gazéification laser, la température de surface du matériau monte si rapidement jusqu'à la température d'ébullition qu'elle suffit à éviter la fusion causée par la conduction thermique, de sorte qu'une partie du matériau se vaporise en vapeur et disparaît, et une partie du matériau est emportée par le flux de gaz auxiliaire depuis le fond de la fente sous forme d'éjection. Dans ce cas, une puissance laser très élevée est nécessaire.
Afin d'éviter que la vapeur de matériau ne se condense sur la paroi de la fente, l'épaisseur du matériau ne doit pas dépasser de beaucoup le diamètre du faisceau laser. L'usinage ne convient donc qu'aux applications où l'exclusion de matière fondue doit être évitée. L'usinage n'est en fait utilisé que dans de très petits domaines d'application pour les alliages à base de fer.
Le procédé ne peut pas être utilisé sur des matériaux tels que le bois et certaines céramiques qui n'ont pas d'état de fusion et ne permettent donc pas à la vapeur de matériau de se recondenser. De plus, ces matériaux doivent généralement réaliser des incisions plus épaisses. Dans le cas de la découpe par gazéification laser, la focalisation optimale du faisceau dépend de l'épaisseur du matériau et de la qualité du faisceau. La puissance laser et la chaleur de gazéification n'ont qu'une certaine influence sur la position de focalisation optimale. Dans le cas d'une certaine épaisseur de la plaque, la vitesse de découpe maximale est inversement proportionnelle à la température de gazéification du matériau. La densité de puissance laser requise est supérieure à 108 W/cm2 et dépend du matériau, de la profondeur de coupe et de la position de focalisation du faisceau. Dans le cas d'une certaine épaisseur de la plaque, en supposant que la puissance laser soit suffisante, la vitesse de découpe maximale est limitée par la vitesse du jet de gaz.
2. Fusion et découpe.
Lors de la découpe par fusion laser, la pièce est partiellement fondue et le matériau en fusion est pulvérisé à l'aide d'un flux d'air. Étant donné que le transfert du matériau ne se produit qu'à l'état liquide, ce procédé est appelé découpe par fusion laser.
Le faisceau laser est associé à un gaz de coupe inerte de haute pureté pour éloigner le matériau en fusion de la fente, tandis que le gaz lui-même n'intervient pas dans la découpe. La découpe par fusion laser peut obtenir une vitesse de coupe plus élevée que la découpe par gazéification. L'énergie requise pour la gazéification est généralement supérieure à celle requise pour faire fondre le matériau. Dans la découpe par fusion laser, le faisceau laser n'est que partiellement absorbé. La vitesse de coupe maximale augmente avec l'augmentation de la puissance laser et diminue presque inversement avec l'augmentation de l'épaisseur de la plaque et de la température de fusion du matériau. Dans le cas d'une certaine puissance laser, le facteur limitant est la pression de l'air au niveau de la fente et la conductivité thermique du matériau. La découpe par fusion laser pour les matériaux en fer et le métal titane peut être obtenue sans incision par oxydation. La densité de puissance laser qui produit une fusion mais moins que la gazéification est comprise entre 104 W/cm2 et 105 W/cm2 pour les matériaux en acier.
3. Découpe par fusion par oxydation (découpe au chalumeau laser).
La découpe en fusion utilise généralement du gaz inerte, s'il est remplacé par de l'oxygène ou d'autres gaz actifs, le matériau est enflammé sous l'irradiation du faisceau laser, et la réaction chimique intense avec l'oxygène produit une autre source de chaleur, de sorte que le matériau est davantage chauffé, appelé découpe par fusion par oxydation.
Français En raison de cet effet, pour une même épaisseur d'acier de construction, la vitesse de coupe obtenue par cette méthode est supérieure à celle de la découpe par fusion. En revanche, cette méthode peut avoir une qualité de coupe inférieure à celle de la découpe par fusion. Elle produit en fait une fente plus large, une rugosité importante, une zone affectée par la chaleur plus importante et une qualité de bord inférieure. La découpe au chalumeau laser n'est pas adaptée à l'usinage de modèles de précision et d'angles vifs (il existe un risque de brûlure des angles vifs). Un mode laser pulsé peut être utilisé pour limiter l'effet thermique, et la puissance du laser détermine la vitesse de coupe. Dans le cas d'une certaine puissance laser, le facteur limitant est l'apport d'oxygène et la conductivité thermique du matériau.
4. Contrôle de la coupe des fractures.
Pour les matériaux fragiles qui sont facilement endommagés par la chaleur, la découpe à grande vitesse et contrôlable par chauffage par faisceau laser est appelée découpe par fracture contrôlée. Le contenu principal de ce processus de découpe est le suivant : le faisceau laser chauffe une petite zone du matériau fragile, ce qui provoque un gradient thermique important et une déformation mécanique importante dans la zone, ce qui entraîne la formation de fissures dans le matériau. Tant qu'un gradient de chauffage équilibré est maintenu, le faisceau laser peut guider la fissure dans n'importe quelle direction souhaitée.