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Dans l'industrie manufacturière d'aujourd'hui, machines de découpe laser à fibre sont devenus un outil essentiel pour le traitement des métaux. Parmi eux, Machine de découpe laser à fibre de 2 kW Il se distingue par son équilibre entre puissance, efficacité et rentabilité. Mais comment fonctionne-t-il exactement et pourquoi tant d'ateliers y ont-ils recours ?

1. Principe de génération laser

Source lumineuse : Un câble à fibre optique dopé à l'ytterbium ou à d'autres terres rares sert de milieu amplificateur. Une source de pompage à semi-conducteur (comme une diode laser) excite les ions de terres rares dans la fibre, provoquant des transitions à haut niveau d'énergie et libérant une lumière d'une longueur d'onde spécifique (généralement proche infrarouge à 1 070-1 080 nm).

Amplificateur à fibre :

Le laser est réfléchi et amplifié à plusieurs reprises dans la fibre flexible, formant un faisceau laser continu ou pulsé à haute densité de puissance et de haute qualité.

2. Transmission et focalisation laser

Transmission par fibre optique :

Le laser est transmis à travers la fibre flexible jusqu'à la tête de coupe, éliminant ainsi le besoin de systèmes de miroirs complexes (contrairement aux lasers CO₂), ce qui entraîne une perte d'énergie minimale (<5%) et aptitude à la transmission longue distance.

Système de mise au point :

Les lentilles de collimation et de focalisation (généralement des lentilles asphériques) à l'intérieur de la tête de coupe focalisent le faisceau laser dans un point extrêmement petit (diamètre d'environ 0,01 à 0,1 mm), atteignant des densités de puissance de 10⁶ à 10⁸ W/cm².

3. Mécanisme de coupe du matériau

Principaux procédés physiques dans la découpe des métaux :

Absorption et chauffage :

Les surfaces métalliques ont des taux d'absorption élevés pour les longueurs d'onde du laser à fibre (en particulier pour les matériaux hautement réfléchissants comme le cuivre et l'aluminium ; les revêtements antireflets peuvent encore améliorer l'efficacité).

L'énergie lumineuse est absorbée par les électrons et convertie en énergie thermique, ce qui fait que la température locale du matériau augmente instantanément jusqu'à son point de fusion ou d'ébullition (par exemple, environ 1 500 °C pour l'acier).

Fusion et vaporisation :

Découpe par fusion (adaptée à l'acier au carbone, à l'acier inoxydable) : l'énergie laser fait fondre le matériau et les gaz auxiliaires (tels que l'azote, l'oxygène) soufflent le métal en fusion.

Découpe par sublimation (adaptée aux tôles fines ou aux exigences de haute précision) : Le laser vaporise directement le matériau sans nécessiter de gaz auxiliaires (tels que les métaux ou non-métaux extrêmement fins).

Rôle des gaz auxiliaires :

Oxygène (O₂) : Réagit de manière exothermique avec le métal en fusion (oxydation), accélérant la coupe et améliorant la qualité des surfaces coupées en acier au carbone, mais peut produire une couche d'oxyde.

Azote (N₂) : Protection inerte, empêchant l'oxydation, adaptée aux matériaux nécessitant des coupes nettes comme l'acier inoxydable et l'aluminium.

Formation de la couture coupée :

Le faisceau laser se déplace par rapport au matériau (contrôlé par un système CNC) pour former une couture coupée continue.

Réglage dynamique de la position focale (par exemple, tête de coupe à mise au point automatique) pour s'adapter à différentes épaisseurs de matériau.

4. Système CNC et contrôle de mouvement

Contrôle CNC :

Les chemins de coupe prédéfinis (par exemple, les fichiers DXF) sont convertis par un ordinateur en commandes de mouvement mécanique, entraînant des servomoteurs pour contrôler le mouvement de la tête de coupe ou de la table de travail (axes X/Y/Z).

Précision dynamique :

Des guidages de haute précision et des moteurs linéaires garantissent une précision de positionnement (± 0,05 mm) à des vitesses de coupe allant jusqu'à 50 m/min.

5. Avantages et limites de la puissance de 2 kW

Avantages :

Peut couper des matériaux plus épais (par exemple, acier au carbone ≤ 20 mm, acier inoxydable ≤ 12 mm, aluminium ≤ 10 mm).

Vitesse plus rapide (30 à 50 % plus rapide qu’une machine laser de 1 kW).

Consommation d’énergie plus faible (efficacité de conversion électro-optique de 30 à 50 %, nettement supérieure à celle des lasers CO₂ à 10 %).

Limites:

Un traitement spécial est nécessaire pour les matériaux hautement réfléchissants (par exemple, le cuivre, l'or) (par exemple, le réglage de la fréquence d'impulsion).

Les matériaux extrêmement épais (par exemple, l'acier au carbone > 25 mm) peuvent nécessiter plusieurs coupes ou des méthodes alternatives telles que la découpe au plasma/à la flamme.

6. Composants et technologies clés

Laser à fibre : lasers à fibre monomodes ou multimodes de 2 kW de marques telles que IPG et SPI.

Tête de coupe : Marques telles que Precitec et Raytools, y compris les lentilles de protection, les buses à gaz et les systèmes de réglage de la hauteur capacitifs.

Système de refroidissement : Les unités refroidies par eau maintiennent une température laser stable (±1°C).

Système de dépoussiérage : Des dispositifs de ventilation ou de filtration traitent les fumées de coupe.

7. Scénarios d'application typiques

Industries : Transformation de tôles, pièces automobiles, aérospatiale, boîtiers électroniques, etc.

Matériaux : acier au carbone, acier inoxydable, alliage d'aluminium, laiton, alliage de titane, etc.

Types de traitement : découpe à plat, perçage et découpe de contours irréguliers.

Traduit avec DeepL.com (version gratuite)

Résumé:

La machine de découpe laser fibre de 2 kW utilise des faisceaux laser fibre haute énergie, des systèmes optiques de précision et la technologie CNC pour une découpe efficace et précise des matériaux métalliques. Ses principaux atouts résident dans sa densité de puissance élevée, sa faible consommation d'énergie et ses faibles coûts de maintenance, ce qui la rend particulièrement adaptée à l'usinage de plaques métalliques d'épaisseur moyenne. En pratique, la puissance, la position focale et le type de gaz auxiliaire doivent être ajustés en fonction des caractéristiques du matériau pour optimiser la qualité de découpe.

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