La découpe laser à plat continue à faire de grands progrès
Où en est la technologie aujourd'hui?
La découpe laser, et en particulier la fibre, continue à faire des progrès. Malgré ces grandes avancées, la technologie continue à progresser. Cela se traduit, entre autres, par l'augmentation de l'efficacité globale, ainsi que par une forte hausse de la productivité dans les matériaux plus épais. En outre, la qualité de la coupe ne cesse de s'améliorer, tandis que la consommation de gaz de coupe diminue de manière significative. Pour couronner le tout, un fabricant introduit maintenant la découpe laser par balayage: une nouvelle technologie qui augmentera considérablement la vitesse de découpe.
Changer la donne
Les lasers à fibre appartiennent au groupe des lasers solides. Traditionnellement, ils génèrent leur lumière laser dans un cristal YAG. La technologie de la fibre optique s'y prend différemment et, ce faisant, elle a révolutionné le marché, bien plus qu'on ne le pensait au départ.
Principe de fonctionnement
Dans le cas du laser à fibre, les modules de diodes pompent leur énergie optique dans un câble en fibre de verre avec un cœur actif, dopé à l'ytterbium. Les Fiber Bragg Gratings (FBG) servent de réflecteurs. La lumière laser qui est émise dans la même fibre de traitement a une longueur d'onde de 1.070 nm. C'est dix fois plus court qu'un laser CO2. La fibre de process ou le câble en fibre de verre, qui joue ainsi le rôle de résonateur et de guide de faisceau, est relié à la tête de coupe. C'est pourquoi les lasers à fibre n'ont pas besoin de miroirs pour amener la lumière laser à la tête de coupe. Ensuite, une lentille collimatrice élargira le faisceau à un diamètre utilisable. Dans une dernière étape, la lentille de mise au point rassemble toute la puissance en un point focal.
Caractéristiques
Il y a deux choses à retenir du principe de fonctionnement: la longueur d'onde plus courte et l'absence de miroirs. Ces deux éléments constituent des avantages importants de la fibre par rapport à la source de CO2. La longueur d'onde plus courte permet d'obtenir un point focal plus petit et une meilleure absorption dans le métal. De plus, la perte d'énergie est moindre car le faisceau laser est complètement enfermé par le câble en fibre de verre.
Ces propriétés techniques sont à la base du succès de la fibre et se traduisent par des vitesses de coupe et une efficacité énergétique nettement supérieures. D'un point de vue pratique, la construction différente signifie peu ou pas d'entretien de la source.
Repousser les limites encore et encore
La technologie de la fibre s'est imposée dans le monde de la tôlerie depuis plus de dix ans. Ce délai a été suffisant pour qu'elle remplace presque complètement la source de CO2, au point que plusieurs fabricants de machines ont cessé de produire cette dernière. Cependant, les applications semblaient limitées au début, car la première génération de lasers à fibre souffrait de l'inclinaison du faisceau laser par rapport au front de la saignée coupe dans le joint de coupe. Au-delà de 4 mm, la réflexion augmente à nouveau, ce qui a un impact négatif sur l'absorption.
En bref, les limitations techniques en termes de puissance, de propriétés du faisceau laser et de lentille collimatrice ont fait que, dans les premières années, les applications du laser à fibre étaient limitées aux matériaux minces. De plus, on pensait qu'il n'y avait pas beaucoup d'extension dans cette zone. Aujourd'hui, cependant, le laser à fibre peut étendre la qualité supérieure de son faisceau à une gamme d'épaisseurs beaucoup plus large. Il permet de couper jusqu'à 40 mm dans l'acier. Les lasers à fibre d'aujourd'hui permettent également d'atteindre une productivité beaucoup plus élevée dans la gamme moyenne (3-15 mm) dans le cas de la découpe à l'azote. Nous allons vous expliquer pourquoi.
des puissances accrues qui font la différence
L'augmentation de la puissance est un élément important du puzzle. Une grande partie de l'attention des fabricants s'est portée sur ce point ces dernières années. Alors que les puissances de 2 à 4 kW étaient courantes au début, la majorité des fabricants travaillent aujourd'hui avec au moins 20 kW. Certains vont même jusqu'à 30 kW et au-delà. Pour ce faire, ils connectent des modules de diodes entre eux via des combinateurs. Remarque: moins il y en a, mieux c'est pour la qualité du sablage et le processus de coupe. Ce n'est pas un hasard si on voit apparaître de plus grands modules de diodes de 4 kW. En effet, en soi, construire une machine de découpe laser avec une telle puissance n'est pas vraiment un problème; le défi consiste à maintenir la stabilité du processus. En outre, l'utilisation des unités de coupe ne doit pas devenir incontrôlable.
Des vitesses de coupe beaucoup plus élevées
Quelques kW de plus ou de moins font une grande différence. Grâce à la densité d'énergie plus élevée associée à ce type de puissance, les plaques plus épaisses peuvent être découpées jusqu'à 6 fois plus rapidement; du moins, avec de l'azote. Dans le cas de l'oxygène, la puissance n'a jamais été le facteur limitant. Toutefois, il convient de noter que plus la puissance augmente, plus le prix augmente. En termes de construction, la charge thermique plus importante nécessite principalement des ajustements de la tête de coupe, mais les groupes de refroidissement, par exemple, doivent également être pris en compte. C'est pourquoi il est important de bien examiner l'ensemble des épaisseurs de tôle et de trouver ensuite le bon équilibre entre puissance et investissement.
Format XXL
Parallèlement à l'augmentation des rendements, la fibre est également entrée dans le segment XXL, avec des longueurs de lit allant jusqu'à 42 m, avec ou sans tête biseautée, sans rien perdre de sa dynamique. De tels formats se prêtent parfaitement à la réalisation de grandes tôles ou de plusieurs tôles à la suite. Ils sont généralement combinés à un haut degré d'automatisation sous la forme de stations de chargement et de tri à grande échelle, de sorte que les machines peuvent travailler de manière pratiquement autonome - ou du moins avec une faible intervention humaine - pendant de longues périodes. Nous reviendrons plus tard sur l'automatisation.
Des capacités plus importantes et un meilleur contrôle des processus entraînent un progrès
Contrôle du processus
En outre, le contrôle des caractéristiques du faisceau, et par extension le contrôle du processus général, a également augmenté considérablement par rapport au début. C'est une deuxième raison importante pour laquelle il est désormais possible de faire beaucoup plus, tant en termes de qualité que de vitesse de coupe.
Fonctions de surveillance
La liste des fonctions de monitoring est assez longue: centrage automatique de la buse, réglage du point focal, calibrage de la hauteur, détection des perforations, prévention des collisions, analyse de l'entaille (pour garantir la qualité de la coupe lors de l'oxycoupage)... et bien d'autres encore. Le diagnostic à distance, sur lequel certains fabricants travaillent actuellement, va plus loin et vise à anticiper les temps d'arrêt en vérifiant l'état général de la machine. De la maintenance prédictive, en quelque sorte.
Jouer avec les caractéristiques du faisceau
Un système de capteurs bien connu enregistre d'abord le débit de la matière fondue, puis le compare aux valeurs de consigne. Sur cette base, l'alimentation est ajustée en permanence afin que la vitesse de coupe soit optimale. En outre, les fabricants sont en mesure - en tenant compte du type et de l'épaisseur du matériau - de jouer avec la configuration du faisceau, le point focal et le diamètre du faisceau laser.
La mise au point de diverses techniques de coupe 'spéciales' figure également en tête de liste des tâches à accomplir. Par exemple, la coupe d'un biseau sans utiliser de tête de biseau. Et il y a des fabricants qui veulent combiner la coupe à l'azote et à l'oxygène pour obtenir de meilleurs résultats de coupe. Des arêtes de coupe plus lisses et sans bavures restent également un objectif.
Automatisation
Comme promis, nous allons revenir sur l'aspect automatisation. Et c'est indispensable car l'intégration de la découpe laser dans l'ensemble du processus est extrêmement importante. En effet, n'oubliez pas que l'automatisation permet à une machine de faible puissance de travailler en plusieurs équipes sans intervention humaine et peut donc avoir un débit plus élevé qu'une machine de puissance supérieure non automatisée. En ce sens, vous ne devez pas trop vous concentrer sur la puissance de votre machine.
D'autre part, la fibre place les processus en aval face à de grands défis. Non seulement la fibre se coupe si vite qu'il est difficile de la suivre, mais les petites pièces risquent de basculer ou de se retrouver sous le squelette. De plus, la largeur de coupe minimale rend difficile le ramassage des pièces . En d'autres termes, l'automatisation de la découpe laser à plat n'est pas aussi simple qu'il y paraît. Pratiquement tous les fabricants ont profité de ces dernières années pour trouver une solution. Le système qui permet de faire sortir les pièces du squelette par le bas ou par le haut et de contourner ainsi les problèmes susmentionnés est peut-être le plus frappant.
Les développements se poursuivent et évoluent dans des directions différentes
En conclusion
Le laser à fibre peut déjà faire beaucoup plus que ce que l'on pensait à l'origine, et les développements se poursuivent. En outre, ils évoluent dans des directions différentes. Car en plus des évolutions que nous avons déjà évoquées, les fabricants introduisent, par exemple, des machines combinées qui couplent le laser à plat à un manipulateur de tubes; on assiste à l'introduction de nano-joints pour optimiser encore l'utilisation des plaques et de l'imbrication; des solutions intelligentes pour réduire la consommation de gaz... et puis il y a la découpe laser par balayage qui retient notre attention.
Cette technologie n'en est qu'à ses débuts et doit encore faire ses preuves dans la pratique, mais le fabricant en question fait de fortes allégations. Il affirme que sa machine - en fonction de l'application - coupe 50 à 180% plus vite que la découpe laser à fibre 'classique'. Le secret résiderait dans la combinaison de modèles innovants de focalisation du faisceau avec un mouvement plus rapide et différent du faisceau, rappelant le balayage. Affaire à suivre...
Avec la coopération de Amada, Astratec, Bystronic, Durma, Haco, LVD, Prima Power et V.A.C. Machines.
