Les activités de fabrication laser comprennent actuellement la découpe, le soudage, le traitement thermique, le rechargement, le dépôt en phase vapeur, la gravure, le traçage, l'ébavurage, le recuit et le durcissement par choc. Les procédés de fabrication laser sont compétitifs, tant sur le plan technique qu'économique, avec les procédés de fabrication conventionnels et non conventionnels tels que l'usinage mécanique et thermique, le soudage à l'arc, l'électrochimie, l'usinage par électroérosion (EDM), la découpe au jet d'eau abrasif, la découpe plasma et l'oxycoupage.
La découpe au jet d'eau est un procédé qui utilise un jet d'eau sous pression pouvant atteindre 414 bars (60 000 livres par pouce carré). L'eau est souvent mélangée à un abrasif comme le grenat, ce qui permet de découper une plus grande variété de matériaux avec une grande précision, des arêtes vives et une excellente finition. Les jets d'eau sont capables de découper de nombreux matériaux industriels, notamment l'acier inoxydable, l'Inconel, le titane, l'aluminium, l'acier à outils, la céramique, le granit et les plaques de blindage. Ce procédé génère un bruit important.
Le tableau ci-dessous présente une comparaison de la découpe des métaux par le procédé de découpe laser CO2 et le procédé de découpe au jet d'eau dans le traitement des matériaux industriels.
§ Différences fondamentales de processus
§ Applications et utilisations typiques des procédés
§ Investissement initial et coûts d'exploitation moyens
§ Précision du processus
§ Considérations de sécurité et environnement d'exploitation
Différences fondamentales dans les processus
| Sujet | Laser CO2 | Découpe au jet d'eau |
| Méthode de transmission de l'énergie | Lumière 10,6 m (portée infrarouge lointain) | Eau |
| Source d'énergie | Laser à gaz | Pompe haute pression |
| Comment l'énergie est transmise | Faisceau guidé par des miroirs (optique volante) ; transmission par fibre optique non réalisable pour le laser CO2 | Des tuyaux rigides à haute pression transmettent l'énergie |
| Comment les matériaux coupés sont expulsés | Jet de gaz, plus gaz supplémentaire expulsant le matériau | Un jet d'eau à haute pression expulse les déchets |
| Distance entre la buse et le matériau et tolérance maximale admissible | Environ 0,2″ ± 0,004″, capteur de distance, régulation et axe Z nécessaires | Environ 0,12″ 0,04″, capteur de distance, régulation et axe Z nécessaires |
| Configuration physique de la machine | La source laser est toujours située à l'intérieur de la machine. | La zone de travail et la pompe peuvent être installées séparément. |
| Gamme de tailles de tables | de 8′ x 4′ à 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ à 13′ x 6,5′ |
| Sortie typique du faisceau au niveau de la pièce | 1500 à 2600 watts | 4 à 17 kilowatts (4000 bar) |
Applications et utilisations typiques des procédés
| Sujet | Laser CO2 | Découpe au jet d'eau |
| Utilisation typique du processus | Découpe, perçage, gravure, ablation, structuration, soudage | Découpe, ablation, structuration |
| Découpe de matériaux 3D | Difficile en raison du guidage rigide du faisceau et de la régulation de la distance | Partiellement possible puisque l'énergie résiduelle derrière la pièce est détruite |
| Matériaux pouvant être coupés par le procédé | Tous les métaux (à l'exception des métaux hautement réfléchissants), tous les plastiques, le verre et le bois peuvent être coupés. | Tous les matériaux peuvent être coupés par ce procédé. |
| combinaisons de matériaux | Il est difficile de couper des matériaux ayant des points de fusion différents. | C'est possible, mais il y a un risque de délamination. |
| Structures sandwich avec cavités | Ceci n'est pas possible avec un laser CO2. | Capacités limitées |
| Découpe de matériaux à accès limité ou difficile | Rarement possible en raison de la faible distance et de la grande tête de découpe laser | Limité en raison de la faible distance entre la buse et le matériau |
| Propriétés du matériau découpé qui influencent le traitement | Caractéristiques d'absorption du matériau à 10,6 m | La dureté du matériau est un facteur clé. |
| épaisseur du matériau à partir de laquelle la découpe ou le traitement est économique | Environ 0,12″ à 0,4″ selon le matériau | ~0,4″ à 2,0″ |
| Applications courantes de ce processus | Découpe de tôles d'acier plates d'épaisseur moyenne pour le traitement de la tôle | Découpe de pierre, de céramique et de métaux d'épaisseur importante |
Investissement initial et coûts d'exploitation moyens
| Sujet | Laser CO2 | Découpe au jet d'eau |
| Investissement initial requis | 300 000 $ avec une pompe de 20 kW et une table de 6,5 pi x 4 pi | 300 000 $ et plus |
| Pièces qui s'useront | Verre de protection, gaz buses, ainsi que les filtres à poussière et à particules | Buse à jet d'eau, buse de focalisation et tous les composants haute pression tels que les vannes, les tuyaux et les joints. |
| Consommation énergétique moyenne du système de coupe complet | Prenons l'exemple d'un laser CO2 de 1500 watts : Consommation d'énergie électrique : 24-40 kW Gaz laser (CO2, N2, He) : 2-16 l/h Gaz de coupe (O2, N2) : 500-2000 l/h | Supposons une pompe de 20 kW : Consommation d'énergie électrique : 22-35 kW Eau : 10 l/h Abrasif : 36 kg/h Élimination des déchets de coupe |
Précision du processus
| Sujet | Laser CO2 | Découpe au jet d'eau |
| Taille minimale de la fente de coupe | 0,006″, selon la vitesse de coupe | 0,02″ |
| Aspect de la surface coupée | La surface de coupe présentera une structure striée | La surface de coupe aura l'aspect d'un sablage, en fonction de la vitesse de coupe. |
| Degré de coupe des bords parfaitement parallèles | Bon ; présente parfois des bords coniques | Bien ; on observe un effet de « queue » dans les courbes pour les matériaux plus épais. |
| Tolérance de traitement | Environ 0,002″ | Environ 0,008″ |
| Degré d'ébavurage sur la coupe | Seul un ébavurage partiel se produit | Aucun ébavurage ne se produit |
| Contraintes thermiques du matériau | Le matériau peut subir des déformations, un revenu et des modifications structurelles. | Aucun stress thermique ne se produit |
| Forces agissant sur le matériau dans la direction du jet de gaz ou d'eau pendant le traitement | La pression des gaz pose problèmes avec les matières fines pièces, distance ne peut être maintenu | Élevé : les pièces fines et petites ne peuvent donc être traitées que dans une certaine mesure. |
Considérations de sécurité et environnement d'exploitation
| Sujet | Laser CO2 | Découpe au jet d'eau |
| sécurité personnelleexigences en matière d'équipement | Les lunettes de sécurité pour protection laser ne sont pas absolument nécessaires | Des lunettes de sécurité, des protections auditives et une protection contre le contact avec un jet d'eau à haute pression sont nécessaires. |
| Production de fumée et de poussière pendant le traitement | Cela se produit effectivement ; les plastiques et certains alliages métalliques peuvent produire des gaz toxiques. | Non applicable à la découpe au jet d'eau |
| pollution sonore et danger | Très bas | Exceptionnellement élevé |
| Exigences de nettoyage des machines en raison des résidus de processus | Nettoyage à faible coût | Nettoyage en profondeur |
| Réduction des déchets produits par le processus | Les déchets de découpe se présentent principalement sous forme de poussière nécessitant une extraction par aspiration et une filtration. | Le mélange d'eau et d'abrasifs génère d'importantes quantités de déchets de coupe. |