Trois principaux types de lasers pour la découpe

La découpe au laser existe depuis les années 60, mais elle est aujourd’hui plus pertinente que jamais en raison de son utilisation croissante dans les processus industriels. Ce processus sans contact utilise un faisceau de lumière constant pour créer de la chaleur et de la pression qui remodèlent/déforment ensuite divers matériaux avec précision lorsque la tête de coupe se déplace sur la surface du matériau. La technologie laser remplit une pléthore de fonctions, notamment la découpe, le perçage et la gravure, en fonction de la puissance du laser, du matériau principal qu’il utilise pour produire le faisceau laser et du matériau sur lequel il agit. La découpe au laser est l’un des processus les plus importants pour fabriquer des pièces en tôle.

Chaque laser offre une longueur d’onde continue et peut servir à diverses fins. Il existe 3 types de lasers : CO2 (lasers à gaz), lasers à fibre et Nd:YAG ou Nd:YVO (lasers à cristaux de vanadate). Chacun utilise un matériau de base différent pour stimuler le laser soit électriquement avec un mélange gazeux, soit via des diodes physiques.

Types de lasers pour la découpe

Laser CO2

Un laser CO2 fait passer de l’électricité à travers un tube rempli de mélange gazeux, produisant des faisceaux lumineux. Les tubes contiennent des miroirs à chaque extrémité. L’un des miroirs est entièrement réfléchissant et l’autre est partiel, laissant passer une partie de la lumière. Le mélange gazeux est généralement composé de dioxyde de carbone, d’azote, d’hydrogène et d’hélium. Les lasers CO2 produisent une lumière invisible, dans la gamme infrarouge lointain du spectre lumineux.

Les lasers CO2 les plus puissants vont jusqu’à plusieurs kilowatts pour les machines industrielles, mais ceux-ci sont de loin l’exception. Les lasers CO2 d’usinage typiques ont une puissance de 25 à 100 watts avec une longueur d’onde de 10,6 micromètres.

Ce type de laser est le plus courant pour travailler le bois ou le papier (et leurs dérivés), le polyméthacrylate de méthyle et d’autres plastiques acryliques. Il est également utile pour travailler avec du cuir, du tissu, du papier peint et des produits similaires. Il a également été appliqué à la transformation d’aliments tels que le fromage, les châtaignes et diverses plantes.

Les lasers CO2 sont généralement les meilleurs pour les matériaux non métalliques, bien qu’ils puissent traiter certains métaux. Il peut généralement couper des feuilles minces d’aluminium et d’autres métaux non ferreux. On peut augmenter la puissance du faisceau de CO2 en augmentant la teneur en oxygène, mais cela peut être risqué entre des mains inexpérimentées ou avec une machine inadaptée à de telles améliorations.

Lasers à fibre

Cette classe de machines fait partie du groupe des lasers à semi-conducteurs et utilise le laser germe. Ils amplifient le faisceau à l’aide de fibres de verre spécialement conçues qui tirent leur énergie des diodes de pompe. Leur longueur d’onde générale est de 1,064 micromètres, produisant un diamètre focal extrêmement petit. Ils sont aussi généralement les plus chers des différents dispositifs de découpe laser.

Les lasers à fibre ne nécessitent généralement aucun entretien et ont une longue durée de vie d’au moins 25 000 heures laser. Ainsi, les lasers à fibre ont un cycle de vie beaucoup plus long que les deux autres types et ils peuvent produire des faisceaux solides et stables. Ils peuvent gérer des intensités 100 fois supérieures à celle des lasers CO2 avec la même puissance moyenne. Les lasers à fibre peuvent être en faisceau continu, quasi-ou proposer des réglages pulsés leur conférant différentes fonctionnalités. Un sous-type de système laser à fibre est le MOPA, où les durées d’impulsion sont réglables. Cela fait du laser MOPA l’un des lasers les plus flexibles, qui peut être utilisé pour de multiples applications.

Les lasers à fibre sont parfaitement adaptés au marquage des métaux par recuit, gravure des métaux et marquage des thermoplastiques. Il fonctionne avec les métaux, les alliages et les non-métaux, y compris le verre, le bois et le plastique. Les lasers à fibre, selon la puissance, peuvent être assez polyvalents et traiter une tonne de matériaux différents. Tout en travaillant avec des matériaux minces, les lasers à fibre sont la solution idéale. Cependant, c’est moins le cas pour les matériaux de plus de 20 mm, bien qu’une machine laser à fibre plus chère pouvant fonctionner avec plus de 6 kW puisse faire l’affaire.

Lasers Nd:YAG/Nd:YVO

Les processus de découpe au laser de cristal peuvent être en nd: YAG (grenat d’aluminium et d’yttrium dopé au néodyme), mais le plus souvent, ils ont tendance à utiliser des cristaux nd: YVO (ortho-vanadate d’yttrium dopé au néodyme, YVO4). Ces dispositifs permettent une puissance de coupe extrêmement élevée. L’inconvénient de ces machines est qu’elles peuvent être chères, non seulement en raison de leur prix initial, mais aussi parce qu’elles ont une espérance de vie de 8 000 à 15 000 heures (le Nd:YVO4 étant généralement inférieur) et les diodes de pompe peuvent rapporter un prix très élevé.

Ces lasers offrent une longueur d’onde de 1,064 micromètres et sont utiles pour une vaste gamme d’applications, de la médecine et de la dentisterie à l’armée et à la fabrication. Lorsque l’on compare les deux Nd:YVO présente une absorption et un gain de pompe plus élevés, une bande passante plus large, une plage de longueurs d’onde plus large pour le pompage, une durée de vie plus courte à l’état supérieur, un indice de réfraction plus élevé et une conductivité thermique plus faible. En ce qui concerne le fonctionnement continu, Nd:YVO a un niveau de performance globalement similaire à Nd:YAG dans les cas de puissance moyenne ou élevée. Cependant, Nd:YVO ne permet pas des énergies d’impulsion aussi élevées que Nd:YAG et la durée de vie du laser dure pendant des périodes plus courtes.

Ceux-ci peuvent être utilisés avec les métaux (revêtus et non revêtus) et les non-métaux, y compris les plastiques. Dans certaines circonstances, il peut même traiter quelques céramiques. Le cristal Nd:YVO4 a été incorporé avec des cristaux à coefficient NLO élevé (LBO, BBO ou KTP) pour décaler en fréquence la sortie du proche infrarouge vers le vert, le bleu ou même l’UV, ce qui lui confère une tonne de fonctions variables.

En raison de tailles similaires, les ions yttrium, gadolinium ou lutétium peuvent être remplacés par des ions de terres rares actifs au laser sans affecter fortement la structure du réseau nécessaire pour produire le faisceau. Ceci préserve la conductivité thermique élevée des matériaux dopés.