Les Lasers de Decoupe

L’interaction entre un rayonnement laser et un matériau dépend d’un très grand nombre de paramètres qu’il est impossible de maîtriser en totalité. Il faut tout d’abord distinguer trois zones d’interactions : en premier lieu la surface du métal, où interviennent les effets principaux, puis le cœur, et enfin le milieu environnant où ont lieu des effets secondaires.

Les interactions d’une onde avec les milieux matériels se répartissent en deux grandes catégories :

• celles qui dépendent du nombre moyen d’atomes par unité de volume (volume contenant beaucoup d’atomes mais petit devant la longueur d’onde du rayonnement),
• celles qui dépendent des écarts locaux par rapport à ce nombre moyen.

Le phénomène le plus important de la classe 2) est la diffusion de la lumière. Les phénomènes de réflexion, réfraction et dispersion se rattachent à la classe 1).

Le champ électrique d’une onde se propageant dans un milieu homogène non-absorbant peut être écrit de la sorte :avec k_z la direction de propagation

De même, le champ magnétique s’exprime par :

Nous avons alors une intensité, tous calculs faits :

Finallement, le coeficient d’absorption s’exprime : et le coefficient de réflectivité :

Ce coefficient d’absorption dépend donc du matériau (indice complexe n₂), et aussi de la longueur d’onde. L’absorption varie en fonction de nombreux paramètres pour un même matériau :

• Rugosité : le faisceau incident sur la surface d’un matériau dont l’état de rugosité moyenne est d , est d’une part réflechi speculairement et d’autre part diffusé. Il y a une absorption supplémentaire en surface dûe à la rugosité. Elle peut parfois être comparable à l’absorption intrinsèque du matériau, en particulier lorsqu’il y a résonance avec le plama de surface, condition souvent satisfaite pour les métaux purs.
• Impuretés : la présence d’atomes ou de molécules absorbées ou déposées à la surface d’un métal entraîne une modification de la répartition des champs associès à la structure cristalline et donc une variation du coefficient d’absorption. D’autre part, les impuretés elles-mêmes absorbent parfois très fortement le rayonnement et sont un cause importante des dommages subis par un matériau.

• Dépôt sur la surface : un film mince d’indice différent est déposé sur le substrat. Le film mince peut-être soit une couche oxydée, soit un dépôt de peinture ou de noir de carbone pour renforcer l’absorption, soit encore un film diélectrique destiné à augmenter la réflexion de la surface métallique. L’indice du film mince est différent du substrat sur lequel il a été déposé.

Il existe aussi un influence liée à l’angle d’incidence d’attaque du matériau et de la polarisation de l’onde et enfin une influence de la température. En effet, l’absortivité d’un métal dépend de la température : le transfert d’énergie entre les électrons et le réseau cristallin se fait par les phonons, et la fréquence de collisions 1 / tc augmente avec la température. Ceci a pour conséquence d’abaisser la réflectivité R du métal. Les deux plateaux correspondent à l’absorption de l’énergie latente de fusion Lf et de vaporisation Lv (accumulation de chaleur pour passer d’un état à un autre).

Il faut également savoir que plus un matériau est chaud, plus il absorbe. Lorsque le faisceau arrive sur le matériau, il faut un certain temps avant que l’absorption soit suffisante pour élever la température à la vaporisation. L’interaction amène des problèmes. L’absorption de l’énergie transportée par le faisceau laser se faisant dans une couche très mince du matériau (10 à 100 nm), le transfert de l’énergie se fait surtout par excitation des phonons ce qui entraîne une augmentation de la température à la surface. Cette élévation de température provoque par conduction un échauffement du cœur du matériau mais créée aussi d’autres effets que nous ne détaillerons pas.

La focalisation du faisceau laser est une des parties les plus importantes du système de découpe laser, puisque c’est elle qui conditionne la qualité de la découpe par la suite.

La conception de la tête de focalisation (figure ci dessous) est un facteur de qualité important, principalement la longueur de la focale de l’optique de concentration, la forme de l’extrémité de la buse, et la position du plan de focalisation dans l’épaisseur de la pièce. Il est à signaler que les optiques de focalisation sont spécifiques pour le laser à CO₂ car les verres classiques sont opaques à 10,6 µm ; la focalisation est réalisée avec une lentille en germanium ou en Zinc-Selenide, ou avec un miroir. La tête de focalisation est constituée de miroirs, d’une lentille et d’une buse de focalisation, d’une ouverture pour les gaz d’assistance. Le faisceau laser est amené jusqu’à la lentille de focalisation par l’intermédiaire de miroirs et il est ensuite focalisé pour concentrer l’énergie.

La buse est de forme conique, le sommet du cône étant percé d’un trou de diamètre variant autour de 1.5mm. Elle est réalisée dans un matériau, par exemple le cuivre, qui absorbe peu la longueur d’onde du faisceau (amenée par les réflexions sur le matériau à découper) et montée sur un dispositif permettant de régler sa position axiale et sa hauteur par rapport au point focal. Ce petit accessoire de très faible valeur a une importance considérable sur la qualité d’usinage obtenue.

Les lasers de puissance travaillent sur le mode TEM00, qui se caractérise par des propriétés de symétrie et une distribution gaussienne du champ électrique (c’est le mode TEM00 qui véhicule la plus grande densité d’énergie). A chaque réflexion sur un des miroirs du résonateur, l’onde réfléchie n’est autre que la transformée de Fourier de l’onde incidente. La transformée de Fourier d’une distribution gaussienne est une distribution gaussienne, l’onde qui se propage dans la cavité est donc gaussienne.

Le diamètre du spot est donné par la formule très simple : 2w ₀=f.q où f est la distance focale de la lentille placée en sortie, q est le demi-angle de divergence du faisceau du laser et 2w ₀ le diamètre du spot au foyer de la lentille.

Ainsi, il va falloir agir sur 2w ₀ pour obtenir des densités de puissance suffisantes pour atteindre des températures d’évaporation dans les opérations de découpe et de perçage.

q étant une caractéristique du laser, on ne peut agir que sur la distance focale de la lentille pour faire varier 2w ₀. Cela est d’autant plus important qu’à cette distance est liée une longueur appelée "profondeur de foyer ", Z, qui est fonction de la longueur d’onde du laser :

Ce paramètre est important : il va influencer la qualité d’une découpe suivant que l’on utilise une partie parfaitement cylindrique du faisceau concentré ou, au contraire, une partie en trompette.

La forme du faisceau, ou la position du foyer par rapport à la pièce, a une importance quant à la qualité du résultat. Le choix d’une grande distance focale f, entraîne une augmentation du rayon w ₀ du spot, auquel cas on perd en densité de puissance. On peut vouloir au contraire chercher à réduire la divergence q , en réduisant le plus possible la taille du faisceau incident, mais il y a une limite inférieure q _d.

Le problème dans la focalisation du faisceau est celui des aberrations qui ont pour effet de dégrader les performances des systèmes optiques. En fait, seule l’aberration sphérique est gênante car elle a pour conséquence d’empêcher tous les rayons parallèles à l’axe de la lentille d’être tous focalisés au même point, si bien que le foyer est étiré dans l’espace. Les effets sont critiques lorsque la distance focale f est courte. Pour s’en affranchir, il faut utiliser des lentilles asphériques (prix élevé car la forme complexe requiert un long travail d’usinage) ou au moins plans-convexes (moins cher)

La découpe au laser se fait accompagnée des gaz d’assistance, ceci pour plusieurs raisons :

• Ils ont une simple action mécanique, en balayant la matière vaporisée et en éjectant le bain en fusion, laissant le laser agir sur une surface propre.
• Avoir une action mécanique et thermochimique avec l’emploi de gaz actifs. Cela permet de réaliser une oxydation qui favorise l’absorption du rayonnement. Le processus de découpe peut ainsi être accéléré avec de l’oxygène sur certains métaux.
• Les gaz ont aussi un rôle protecteur des systèmes optiques car ils empêchent des remontées de vapeur et les projections, qui seraient destructives pour les optiques.

Lors du processus de découpe, au niveau de l’impact sur la pièce se forme un puits capillaire. Il faut chasser ce bain liquide par un jet de gaz à une pression de quelques bars (< 2.5 bars). Pour qualifier une découpe, plusieurs facteurs sont primordiaux :

• La vitesse, l’épaisseur,
• La focalisation et son positionnement,
• L’état de surfaces des lèvres,
• La largeur et la morphologie de la découpe,
• L’influence sur les propriétés du produit.

Nous n’allons pas développer les informations mécaniques qui caractérisent une découpe. Des références bibliographiques raviront les curieux.

Pour les vitesses assez faibles, les coupes sont irrégulières et présentent des trous dont les diamètres sont supérieurs à la tâche focale (classe I). Lorsque la vitesse augmente, les bords de la saignée tendent à devenir parallèle avec la présence d’oxyde sur la surface de sortie (classe II), ceux-ci tendent ensuite à disparaître (classe III). Au-delà, il y a augmentation de la saignée dans la partie inférieure (classe IV), et pour des vitesses encore plus élevées la découpe devient impossible (classe V). D’après ce que l’on vient d’énoncer, ce sont les découpes de classes III qui sont acceptables. En effet, celles de types II se caractérisent par une présence d’une bavure sur la face opposée au bord d’attaque ; ce défaut n’est une gêne que s’il n’y a pas de reprise ultérieure.

Globalement, on note une diminution de la vitesse optimale lorsque la focale augmente (ce qui justifie d’un point de vue économique l’usage des focales courtes) et une détérioration de la rugosité sur la partie inférieure. En effet, compte tenu du principe d’écoulement du bain, la partie inférieure a tendance à être striée et rugueuse, ce d’autant plus que la vitesse est grande ou la pièce épaisse, même si la puissance croît.

Vous trouverez en annexe 1 quelques exemples de vitesses en fonction des matériaux avec un CO₂. Notons aussi l’intérêt du gaz dans la vitesse de découpe. Par exemple, pour la découpe de tôle de 4 mm avec un laser CO₂ de 4,4 kW, on passe d’une vitesse de 0,7 cm/s en présence d’argon à 5,5 cm/s en présence d’oxygène.

Face aux problèmes de propagation de la chaleur, qui déforme la coupe, il est parfois préférable de délivrer une intensité beaucoup plus élevé pendant un temps court. On peut ainsi fondre ou vaporiser un volume délimité du matériau, sans laisser le temps à la chaleur de se propager profondément en dehors du volume usiné. En évitant de chauffer les zones éloignées, on réalise une économie d’énergie et la précision est meilleure.

L’emploi des lasers YAG en mode pseudo-pulsé est utilisé dans ce sens. Les vitesses sont forcément plus faibles, et dépendantes de la fréquence (quelques dizaines de Hz), des dimensions du faisceau. Il est donc évident que la face découpée est striée. La dimension des stries est fonction du recouvrement.

La seule équation de la chaleur ne suffit pas à prédire toutes les conséquences d’une élévation de température. D’autre part, les effets thermiques sont liés à la fréquence du rayonnement (l’infra rouge est plus efficace que les radiations visibles ou ultra violet) et à l’absorptivité du matériau en surface.

Le problème se pose donc comme l’analyse du flux de chaleur, en incluant les transitions de phase. Rappelons que l’équation générale du flux de chaleur par conduction, dans un solide à 3 dimensions, peut s’écrire :

A est une fonction décrivant l’apport d’énergie calorifique par unité de temps et de volume : elle dépend donc de la géométrie du faisceau laser, et de son évolution dans le temps.

Le matériau présente une absorptivité très dépendante de T en général , des sauts sont souvent la conséquence des changements de phase. Ceux-ci introduisent le problème supplémentaire du contact de deux milieux où la propagation se fait différemment et où des pertes par radiation à la surface. Les transferts d’énergie sont schématisés sur la figure ci-contre Enfin, la géométrie de l’échantillon modifie fortement les flux de chaleur par rapport à un cas idéal (celui du solide semi-infini).

Le laser CO₂ est le plus développé des lasers pour la découpe. Il a été créé en 1964 par Patel. Ce laser est un laser à 4 niveaux qui peut fonctionner en mode continu ou pulsé (miroirs tournants). Mais pour la découpe seul le mode continu est utilisé.

Le laser CO2 ou un laser à gaz carbonique est un laser moléculaire à gaz émettant dans l’infrarouge moyen soit 10.6 µm ou 9.6 µm. La molécule active CO2 donnant lieu à l’émission laser est excitée vibrationnellement et rotationnellement. Les niveaux d’énergie vibrationnelle mis en jeu peuvent être succinctement présentés sur un diagramme d’énergie :

Le milieu actif est constitué d’un mélange CO₂/N₂/He (dioxyde de carbone, diazote, hélium) dans les proportions valant typiquement 5% / 15% / 80% contenu dans un tube de verre fermé aux deux extrémités par des lames en NaCl, transparentes vers 10 µm, disposées sous incidence de Brewster. Ce mélange est renouvelé en permanence à l’aide d’une pompe primaire. L’hélium permet d’augmenter la désactivation des niveaux inférieurs, de refroidir le milieu et d’augmenter le pompage global. L’hélium, dans ce processus, a aussi un rôle de gaz tampon, permettant en particulier de dépeupler les niveaux d’arrivée de la transition laser.

L’excitation du CO₂ se fait de façon indirecte : une décharge électrique d’environ une dizaine de kV pour une intensité variant de 50 à 80 mA, excite les molécules de N₂ dans leur premier niveau vibrationnel v = 1. Ces molécules transmettent ensuite leur excitation aux molécules de CO₂. La décharge électrique produisant un dégagement de chaleur significatif, le tube est entouré refroidi par une double enveloppe dans laquelle circule de l’eau froide.

L’émission laser se situe à 10.6 µm et à 9.6 µm. Mais la raie la plus intense correspond à 10.6 µm avec le mélange décris précédemment et une pression de 15 torrs (2000 Pa).

L’inversion de population est produite par le refroidissement rapide du gaz qui se détend à grande vitesse. La cavité laser est placée dans la direction orthogonale de la chambre d’expansion.

Ce laser fait partie de la famille des lasers à haut rendement. En effet, le rendement à la prise du laser à CO₂ est de 15 à 20 % dû principalement à la faible différence d’énergie entre les niveaux de pompe et les niveaux de transitions laser.

Le milieu actif est un solide : le Grenat d’Yttrium et l’Aluminium Y₃Al₅O₁₂dopé par une terre rare, le néodyme Nd³⁺, responsable de l’émission de photons à 1,06 µm.

Pompage : L’énergie de pompe est fournie par une ou plusieurs lampes dans le visible, de type flash pour les YAG pulsés, ou continues pour une émission continue. On voit apparaître l’utilisation des diodes laser de puissance pour le pompage pour plusieurs raisons : durée de vie plus longue, longueurs d’onde d’émission accordées sur les raies d’absorption (donc meilleur rendement)… Puissance : Les puissances moyennes disponible sur le marché vont de quelques dizaines de watt à plus de 3 kW

Ci dessus, nous avons l’exemple d’une cavité optique YAG déclenchée par une cellule de Pockells (cristal de KDP transformé en lame l /4 par application d’un champ électrique extérieur qui induit la biréfringence en quelque ns). Les effets de polarisations permettent d’extraire des puissances crêtes importantes après traversée de l’amplificateur.

La précision du YAG est essentiellement liée à sa longueur d’onde, dix fois plus petite que celle émise par CO₂ assurant ainsi une diminution de sa divergence et donc une meilleure résolution spatiale. Il sera mieux absorbé par tous les matériaux métalliques, mais ne sera pas ou peu actif sur la plupart des matériaux organiques (papier, carton, tissu, matière plastiques, verre…).

Dans ce sous chapitre, nous nous intéressons au différence qu’il existe entre ces deux principaux types de lasers.

Vous trouverez en annexe 4 un tableau récapitulatif des matériaux coupés par ces lasers et leur qualité de coupe.

Le seul faisceau de puissance transportable par fibre optique est le YAG avec une longueur d’onde 1,064 µm voisine de la valeur du minimum d’atténuation. La longueur d’onde du laser CO₂ est beaucoup plus fortement absorbée par les vibrations du réseau de la silice, ce qui élimine complètement son utilisation en couplage de fibre

Ce tableau, si l’on fait abstraction de la politique de chaque entreprise, correspond aux coûts de fonctionnement comparé des lasers YAG et CO₂ pour l’année de 1996 :

Il faut noter cependant que l’apparition des nouvelles technologies de refroidissement par diffusion des lasers CO₂ diminue notablement les coûts de fonctionnement grâce à une faible consommation de gaz et à une maintenance réduite. Par contre l’apparition des nouvelles technologies de lasers YAG continus de forte puissance augmente sensiblement leurs coûts de fonctionnement.

C’est le seul type de laser chimique. Le seul matériau responsable de l’émission de lumière est un mélange d’atomes gazeux qui ne forme une molécule que lorsqu’ils sont dans un état excité, d’où le nom d’exciplexes ou excimères. L’émission de lumière s’opère en un temps très court, de l’ordre de quelques nanosecondes, lié à la faible durée de vie de l’état excité. Les mélanges les plus utilisés sont XeCl (l = 308 nm) et ArF ((l = 193 nm). Ces halogénures de gaz rares émettent donc dans l’ultraviolet. A ces longueurs d’ondes très courtes, l’interaction lumière-matière n’est plus totalement thermique. L’énergie des photons est telle qu’elle casse les liaisons moléculaires au cœur des matériaux qui absorbent.

Les puissances émises sont de l’ordre d’une centaine de watts et les cadences de répétition dépassent rarement les 500 Hz.

Des travaux récents (Sopra…) ont conduit au développement de lasers excimères des très fortes puissances, de l’ordre du kilowatt. Ces lasers permettent, malgré leur prix encore prohibitif, d’envisager des applications industrielles. On commence ainsi à les utiliser dans la fabrication des écrans à cristaux liquides.

Directement issues de la technologie des semi-conducteurs, les diodes lasers montent en puissance en général par assemblage en " barre ", laissant entrevoir une toute nouvelle génération de lasers industriels. Ces systèmes sont extrêmement compacts et donc facilement intégrables. Leur rendement à la prise est très élevé car il dépasse les 30%. Les lasers les plus courants sont à base de AlGaAs et d’InGaAlAs émettant de 785 nm à 1 µm des puissances allant de 1 W à plus de 60 W. Ces puissances modestes ne permettent pas de classer ces diodes comme moyen de découpe à part entière.

De plus une des spécificités de cette technologie est l’absence d’usure de l’outil puisqu’il n’y a pas de contact mécanique ; de plus, le faisceau n’a pas d’inertie, il peut dont être dirigé et déplacé aisément vers les zones d’accès difficile.

On distingue principalement quatre technologies concurrentes et/ou complémentaires au laser de découpe :

• Le poinçonnage ou grignotage (poinçonnage répétitif) : moins souple, moins précis que le laser, difficile à utiliser si l'on veut réaliser des formes complexes, mais nettement moins cher

• le plasma :

  pas vraiment adapté aux fines épaisseurs, de précisions moyennes (0,5 à 1 mm), découpe de qualité moyenne ; une technique dérivée, le microplasma, a été plus récemment développé pour concurrencer le laser sur de faibles épaisseurs (jusqu'à 6 mm) ; néanmoins, les précisions atteintes par cette technologie sont plus faibles que pour le laser CO2.

• le jet d'eau : technologie née en même temps que le laser, et complémentaire à celui-ci ; permet de découper des matériaux que le laser a du mal à découper (matériaux tendres tels que le cuivre, matériaux hautement réfléchissants comme l'aluminium et l'inox, matériaux hétérogènes tels que les composites, matériaux craignant la chaleur tels que les produits alimentaires, le cuir, le textile..., grosses épaisseurs de quelques centimètres de matériau ou encore matériaux divers tels que le verre...).

Par rapport au jet d’eau, le faisceau laser a le gros avantage de ne pas mouiller les surfaces mais par contre il les carbonise pour les non métalliques. Un jet d ‘eau fonctionne selon un principe très simple : l’eau est comprimée jusqu’à une pression élevée (2000 à 5000 bar) par un système d’amplificateur à huile. La buse est de 0.2 à 0.4 mm de diamètre qui doit résister à l’abrasion due à la vitesse de l’eau. Elles sont donc en saphir ou en diamant. L’eau utilisée est parfaitement pure mais peut parfois être mélangée à d’autres liquides pour améliorer la cohérence du jet. Il est possible d’ajouter des grains abrasifs à l’eau qui meulent la pièce. La consommation d’eau est d’une centaine de litres par heures.

• l'électroérosion à fil : technique également utilisée dans des domaines où le laser présente quelques lacunes, comme pour la découpe de haute précision (µm), et de formes très complexes ; cette technologie est en revanche beaucoup moins rapide (de l'ordre de 10 mm/mn)

Il est très difficile de comparer les différentes techniques car les choix se font complètement en fonction du matériau à découper.

Nous avons mis en annexe 2 un tableau comparant les diverses possibilités de découpe du lasers et ses concurrents. Nous pouvons remarquer que le laser et la technique du jet d’eau sont plus complémentaire que rivaux. Les épaisseurs de coupes sont très diverses d’une méthode à l’autre. Mais on peut constater que le cisaillage – estampage ainsi que le cisaillage – grignotage permet de couper toutes les catégories jusqu’à des épaisseurs de 10 mm.

Sur Internet nous avons pu trouver quelques exemples de prix concernant les lasers de découpe. Nous avons pris un laser à CO₂ dont les caractéristiques sont définis ci dessous.

Ce petit tableau permet de se donner une idée du type de laser que l’on peut trouver sur le commerce. Nous avons aussi les prix de la gamme Diamond de Coherent dans les prix s’échelonnent entre 93 000 et 700 000 francs pour une puissance de 50 à 500 W. Malheureusement, nous n’avons pu trouver les prix et les parts de marché du laser face à ses concurrents. En tout cas ce qu’il ressort de nos recherches sur Internet est que le nombre de fabricants de lasers de découpe est très important comparé au fabricant des techniques concurrentes. Ce détail montre bien que le laser occupe une place prépondérante dans la découpe des matériaux.

Les évolutions technologiques visent principalement à obtenir une plus grande fiabilité des machines, de meilleures performances de découpe et une simplicité d'usage, et à réduire le coût des matériels.

Ainsi, des recherches sont menées pour optimiser l'architecture mécanique des machines, les sources laser utilisées et les composants des machines.

Du point de vue des machines, les constructeurs développent des machines 2D ou 3D (avec des têtes 5 axes également conductrices du faisceau), avec un axe X lié à la table de découpe, ce qui a pour conséquence de réduire la longueur du chemin optique du faisceau laser et le nombre de miroirs utiles. Ainsi, la configuration des machines est simplifiée, ce qui permet une plus grande rapidité de découpe (vitesse et accélération).

De nombreux autres programmes de recherche européens et nationaux financent plutôt des développements et perfectionnements des périphériques des lasers (automatisation, programmation...) et des améliorations au niveau des buses délivrant le gaz (changement automatique des buses par exemple). L'ensemble de ces recherches visent tout particulièrement à optimiser les temps d'utilisation du faisceau laser (jusqu'à 90 à 95 %). Certains programmes de recherche en Europe portent sur l'amélioration de la qualité des sources lasers (exemple : le programme allemand Laser 2000).

On constate actuellement que certains fabricants de machines de découpe laser commencent à proposer des solutions de découpe (adaptation de l'offre aux besoins spécifiques du client), plutôt que des lasers. Aujourd'hui, ces offreurs développent une gamme de machines destinée à remplacer le poinçonnage. Il s'agit de machines qui possèdent des performances et des niveaux de qualité au moins égaux à ceux du poinçonnage et à des prix identiques. Cette nouvelle tendance est notamment introduite par la société japonaise Mazak, très implantée en France, et qui possède une usine en Belgique, ou encore par la société allemande Trumpf. En outre, tous les fabricants cherchent à proposer des machines moins chères.

Très récemment, est apparu sur le marché, un autre type de machine de découpe au laser YAG continu ; celui-ci allie à la fois les qualités des lasers CO₂ et celles des YAG pulsés. Grâce à ce nouveau type de matériel, il devient possible de découper des matériaux à des vitesses comparables à celles atteintes par les machines à base de lasers CO₂, mais avec une meilleure qualité de découpe (rugosité). Ce type d'équipement, peu encore diffusé dans le milieu industriel, permettra également de découper dans de meilleures conditions l'aluminium, jusqu'alors très difficile à découper du fait de son pouvoir réfléchissant.

Du point de vue des sources, dans le domaine des sources lasers YAG continus, encore peu répandus, des développements sont en cours pour optimiser la qualité (faible rugosité de la partie découpée) et la vitesse de découpe. Dans le domaine des sources lasers CO₂, certains constructeurs (notamment Rofin Sinar) proposent de nouvelles technologies ; ces lasers sont appelés "lasers à cavité scellée" (voir annexe 3) ou "à cavité guide d'onde". Une première machine de découpe de ce type a été installée en France fin 1995/début 1996.

Enfin, du point de vue des composants, d'importantes recherches sont également menées pour améliorer les performances de découpe : développement et utilisation de moteurs linéaires, de structures en matière composite (pour réduire le poids et l'inertie) et optimisation des commandes numériques (commandes plus conversationnelles)...

En découpe, le laser à fort à faire pour s’imposer devant la concurrence diversifiée. Côté classique, le plasma ou le poinçonnage-grignotage n’ont pas dit leur dernier mot. Du coté des nouveaux venus, le jet d’eau fait une entrée remarquée et se hisse à la hauteur des performances du laser grâce à l’addition d’abrasifs. Actuellement, le choix du laser se fait sur des critères de performance :

• Qualité et vitesse de coupe,
• Souplesse de programmation.

Si le laser ne craint pas ses concurrents classiques en matière de flexibilité, il est moins à l’aise devant le jet d’eau qui met en évidence l’un des ses rares défauts spécifiques : l’élévation de température du matériau usiné.

De même, les capacités de transport du faisceau donnent au laser des aptitudes uniques. Le guidage par fibre optique pour le YAG ou par tube optique pour le CO₂ ouvre des champs d’applications innombrables. Mais cela impose le travail en multiposte du fait de la distribution du faisceau sur plusieurs machines en énergie ou en temps partagés.

Pour le laser, il existait un problème de miniaturisation de ses sources pour le CO₂. Il a fallu attendre 1987 pour découvrir une solution satisfaisante : la conduction du faisceau à l’intérieur du bras du robot inaugurée par Comau. De même apparaissent les machines de découpe en 3D avec des têtes 5 axes également conductrices du faisceau.

Côté YAG, le problème est légèrement différent, en effet, la possibilité de conduire le faisceau par fibres optiques offre de grandes facilités, à condition de rester dans des puissances raisonnables de l’ordre de quelques centaines de watts.

Dans la panoplie des outils d’usinage le laser n’occupe pas encore la place qu’il mérite. Son potentiel est néanmoins considérable. Les progrès rapides réalisés par les constructeurs en matière de puissance et de miniaturisation des sources doivent lui permettre de s’imposer très rapidement.

@ Sites Internet :

http://www.evariste.anvar.fr/evariste/100tc/1996/f128b.html

http://www.prclaser.com/used.htm:

http://www.metal-industries.com/

http://www.ii-vi.com/entry7-resource.html