DE LA PUISSANCE LASER - Pourquoi choisir des lasers à fibre haute puissance pour l'usinage de l'acier ?

Les lasers à fibre haute puissance ont révolutionné l'industrie de l'usinage de l'acier grâce à leur vitesse, leur précision et leur efficacité inégalées. La puissance laser augmente le rendement et réduit les retouches ainsi que les rebuts grâce à une qualité de coupe supérieure. Elle permet de maintenir les coûts à un niveau bas grâce à une conception compacte et nécessitant peu d'entretien, qui n'utilise qu'un seul consommable. C'est pourquoi de plus en plus de transformateurs d'acier choisissent les lasers à fibre haute puissance pour réduire les coûts par produit et rester compétitifs.

Qu'est-ce qu'un laser à fibre haute puissance exactement, comment fonctionne-t-il et pourquoi la puissance du laser est-elle importante ? Cet article aborde plusieurs questions clés concernant les lasers à fibre haute puissance dans le usinage de l'acier.

• Qu'est-ce qu'un laser à fibre haute puissance?
• Comment fonctionne un laser à fibre haute puissance?
• Quelle épaisseur, quel type et quelle taille de matériau un laser à fibre haute puissance peut-il découper?
• Quels sont les avantages des lasers à fibre haute puissance?
• Quelles sont les sources d'énergie disponibles pour les lasers à fibre? Et comment faire son choix?
• Quels sont les gaz de découpe laser à fibre disponibles? Et comment faire son choix?
• Pourquoi choisir des lasers à fibre haute puissance dans l'industrie du usinage de l'acier?

Qu'est-ce qu'un laser à fibre haute puissance ?

Laser signifie « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ». Cela signifie qu'une source (à l'état solide) transporte la lumière à travers un câble à fibre optique pour atteindre le niveau d'énergie nécessaire. Un faisceau lumineux de haute intensité et étroitement focalisé est alors formé. Ce faisceau lumineux fournit la puissance et la précision nécessaires pour découper des matériaux tels que l'acier. Ce type de laser industriel est utilisé pour des applications exigeantes dans le secteur manufacturier, comme le usinage de l'acier.

Le terme « haute puissance » désigne généralement les systèmes laser de 6 kW et plus. Aujourd’hui, les lasers à fibre haute puissance de 20 à 40 kW sont largement utilisés pour la découpe d’acier à usage intensif. Ils peuvent découper différents types de matériaux, de tailles et d’épaisseurs. Cette opération s'effectue à grande vitesse tout en produisant des bords nets et précis.

Comment fonctionne un laser à fibre haute puissance (source) ?

Un laser à fibre se compose d'une source à l'état solide, d'un câble à fibre optique et d'une tête de découpe. Il utilise des diodes pour transformer l'énergie électrique en lumière, qui est ensuite combinée et envoyée dans une fibre optique. Lorsque cette lumière atteint la partie dopée de la fibre, elle excite les électrons à un niveau d'énergie supérieur. Résultat : une inversion de population, condition essentielle à la génération de lumière laser. À mesure que le système se stabilise, il produit un flux continu de lumière laser brute. Les réseaux de Bragg sur fibre (FBG) agissent comme de minuscules miroirs pour réfléchir une partie de cette lumière afin de l'amplifier, tandis que le reste continue sous forme de sortie utilisable. Le faisceau lumineux est ensuite nettoyé et stabilisé, ce qui donne un laser puissant et précis qui découpe avec exactitude en laissant un trait de coupe étroit.

Conseil : choisissez des machines laser de classe de sécurité 1 pour garantir la sécurité de l'opérateur.

Quelle épaisseur, quel type et quelle taille de matériau un laser à fibre haute puissance peut-il découper ?

Les lasers à fibre haute puissance peuvent découper de l'acier d'une épaisseur comprise entre 1 et environ 100 mm (4”). Cependant, la puissance du laser offre une vitesse et une efficacité maximales jusqu'à une épaisseur d'environ 25 mm (1”). Cela rend la puissance laser idéale pour la plupart des besoins en matière d'usinage de l'acier. La taille des matériaux que vous pouvez usiner dépend de la machine. Il existe des machines laser à fibre haute puissance pour les petits, moyens et grands formats.

En fonction de la puissance de la source, les lasers peuvent découper l'acier inoxydable, l'acier revêtu, l'acier doux, l'aluminium, le cuivre et le laiton. Les lasers à fibre haute puissance sont donc parfaitement adaptés aux transformateurs d'acier. Ils ont besoin d’un matériau propre et homogène pour fonctionner de manière optimale. Les surfaces rouillées, huileuses, grenaillées ou irrégulières peuvent ralentir le processus de découpe laser.

Les lasers à fibre haute puissance conviennent au usinage de l'acier jusqu'à la classe d'exécution 3 (EN1090). Cela évite aux transformateurs d'acier d'avoir à acheter une machine de perçage séparée.

Quels sont les avantages des lasers à fibre haute puissance ?

• De précision
  Le faisceau laser crée une tranchée extrêmement étroite et contrôlée. Cela permet à la machine de suivre des géométries minuscules et des contours complexes. Elle peut également découper des éléments internes délicats avec des tolérances serrées allant jusqu'à environ 0,002” / 0,05 mm.
• De haute qualité de coupe
  Le faisceau concentré produit des bords lisses, nets et prêts à souder avec des zones affectées par la chaleur minimales. Cela réduit les retouches, minimise les déchets et élimine le besoin de perçage séparé jusqu'à la classe d'exécution 3.
• Vitesse (pour une épaisseur de matériau < 25 mm/1") pour un rendement supérieur
  En fonction de la puissance du laser et de l'épaisseur du matériau, les lasers peuvent découper jusqu'à 350 % plus vite que les autres technologies. Par exemple, un laser à fibre de 15 kW peut couper l'acier 1,5 fois plus vite qu'un système plasma standard de 300 A. Cette vitesse augmente la productivité, les machines laser atteignant une vitesse de découpe 3 fois supérieure sur des tôles d'acier fines à moyennes (<25 mm/1"). Combinées à une automatisation à grande vitesse, à un imbrication intelligente et à des capacités de chanfreinage, les durées de cycle diminuent considérablement.
• Coûts par produit réduits
  Les machines laser nécessitent un investissement initial plus élevé, mais elles offrent un retour sur investissement rapide. La vitesse de découpe laser augmente le rendement, permettant ainsi des économies d'échelle. Les lasers à fibre haute puissance utilisent moins de consommables, qui sont moins chers, et nécessitent moins d’entretien. Grâce à une automatisation accrue et à une réduction des retouches, les coûts de production globaux baissent considérablement. Résultat : une baisse des coûts par produit.
• Automatisation accrue du flux de production
  Les lasers à fibre haute puissance favorisent l'automatisation grâce à une intervention minimale de l'opérateur et permettent une production continue, voire 24 h/24 et 7 j/7 sans personnel. Des fonctionnalités telles que le changement automatique de buse, l'inspection et l'alignement de l'usure, ainsi que la zone tampon pour les tôles et la surveillance en temps réel permettent au processus de se dérouler avec un minimum d'interruptions.

Cela fait de la puissance laser un choix judicieux pour les petits ateliers qui souhaitent davantage d'automatisation et d'efficacité dans l'usinage de l'acier. Les grandes entreprises en bénéficient également. Elles parviennent à réduire considérablement le coût par pièce grâce à un rendement plus élevé et à des flux de production optimisés.

Vous vous interrogez sur l'entretien de l' des lasers à fibre haute puissance? Il est essentiel de tout garder propre pour obtenir les meilleures performances d'un laser à fibre haute puissance. Heureusement, la maintenance est simple : concentrez-vous sur la tête de coupe et la buse. Gardez la vitre de protection propre et remplacez-la régulièrement pour maintenir une qualité de coupe constante.

Quelles sont les sources d'énergie disponibles pour les lasers à fibre ? Et comment faire son choix ?

Les sources laser sont disponibles dans une gamme de puissance allant de 1 kW à 60 kW et plus. Les lasers à fibre haute puissance ont généralement une puissance comprise entre 6 kW et plus de 40 kW. Le choix de la source de puissance du laser à fibre dépend des matériaux que vous souhaitez découper et de leur épaisseur. Elle dépend également du rendement que vous souhaitez atteindre et de votre budget.

Une puissance laser plus élevée se traduit-elle automatiquement par un rendement supérieur ?

Oui, une puissance laser plus élevée se traduit par un rendement supérieur. C'est particulièrement vrai pour les charpentiers métalliques qui effectuent l'usinage de l'acier d'une épaisseur de 1 à 25 mm (0,04 à 1 pouce). D'après l'analyse des données relatives à la gamme de produits des charpentiers métalliques concernant la vitesse de découpe réalisable, on peut affirmer qu'un laser à fibre haute puissance avec une source de 40 kW peut générer jusqu'à deux fois plus de rendement qu'une source de 20 kW.

La vitesse de coupe maximale est déterminée par le débit de gaz, l'absorption du matériau et la dissipation thermique. Ce qui importe, c'est la rapidité avec laquelle le gaz d'assistance que vous choisissez peut dégager le trait de coupe et la capacité du matériau à absorber l'énergie. La source de 40 kW maintient l'ensemble du trait de coupe liquide jusqu'à 30 mm (1-3/16”), garantissant des bords de coupe lisses et sans oxyde avec une reprise minimale. De plus, la fibre de transport plus épaisse crée un trait de coupe légèrement plus large, ce qui accélère l'évacuation des pièces.

En général, une puissance plus élevée maintient votre vitesse et votre qualité de coupe à leur niveau optimal, ce qui augmente le rendement et l'efficacité du flux de production. Cependant, selon votre application, une puissance de 20 kW peut suffire. Posez-vous la question suivante : Ai-je vraiment besoin d'un rendement plus élevé ? Y a-t-il suffisamment de travail pour justifier l'utilisation d'une machine plus puissante ? Et disposons-nous de la main-d'œuvre nécessaire pour l'usinage de ce volume supplémentaire ?

Une source de puissance plus élevée offre plus de rapidité, mais elle s'accompagne également de coûts d'achat et d'exploitation plus élevés ; assurez-vous donc que le gain correspond à votre charge de travail.

Quels sont les gaz de découpe laser à fibre disponibles ? Et comment faire son choix ?

Il existe 3 types de gaz de découpe adaptés aux lasers à fibre haute puissance :

1. À l'oxygène
   L'oxygène est utilisé à basse pression (environ 0,5 bar). Il réagit avec le métal chauffé, aidant à expulser le matériau fondu pour une découpe rapide et un enlèvement facile des scories. Il fonctionne sur toutes les épaisseurs, mais est particulièrement efficace sur l'acier doux plus épais, offrant une bonne qualité de coupe. L'oxygène ne convient pas à l'acier inoxydable ni à l'aluminium. Il est fourni en bouteilles, en batterie de gaz ou en réservoir. La découpe à l'oxygène est généralement moins coûteuse que la découpe à l'azote.
2. À l'azote
   L'azote est utilisé à haute pression (8 bars ou plus) et consomme plus de gaz que l'oxygène. Il produit des coupes nettes sans décoloration ni oxydation, ce qui réduit le besoin de reprise. La formation de scories est minime, mais celles-ci sont plus difficiles à éliminer. L'azote est plus efficace sur des épaisseurs de matériau limitées et coupe les tôles plus fines (<12 mm [1/2”]) encore plus rapidement que l'oxygène. Il convient à l'acier doux (<20 mm [3/4”]), à l'aluminium et à l'acier inoxydable (<30 mm [1-3/16”]), et est généralement stocké en vrac.
3. Au gaz mixte
   Le gaz mixte contient 4 à 8 % d'oxygène, ce qui réduit l'oxydation par rapport à l'oxygène pur et diminue les besoins de reprise. Il consomme également moins de gaz et offre des vitesses de coupe plus élevées que l'azote pur. Le mélange gazeux convient à l'acier doux jusqu'à 30 mm (1-3/16”), mais pas à l'aluminium ni à l'acier inoxydable. Comme les gaz sont mélangés, les coûts globaux de gaz sont moins élevés.

En résumé, chaque gaz de découpe a ses propres avantages et limites. Le meilleur choix dépend de vos besoins. Pour une découpe rapide et de bonne qualité sur des matériaux plus épais, optez pour l'oxygène. Pour des coupes nettes nécessitant une reprise minimale sur des matériaux plus fins, optez pour l'azote. Si vous recherchez un équilibre entre vitesse, qualité et faible consommation de gaz, le mélange de gaz est l'option idéale.

En bref : pourquoi choisir les lasers à fibre haute puissance dans l'industrie du usinage de l'acier ?

En fin de compte, les lasers à fibre haute puissance offrent une vitesse, une précision et une efficacité inégalées. La puissance du laser réduit le coût par pièce et augmente le rendement. Elle aide les transformateurs d'acier à travailler plus rapidement et plus efficacement. C'est donc le choix évident pour rester compétitif sur le marché actuel.