Principe de la découpe laser

 Le laser est l'abréviation des mots anglais Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Le principe est de dévier un électron de son orbite vers une orbite plus élevée. L'électron tendant à revenir naturellement à son niveau initial, il restitue l'énergie absorbée sous forme d'un rayonnement lumineux appelé photon. Le laser utilise une propriété de l'atome qui est l'inversion de population. Cette  propriété fût découverte en 1917 par le Physicien Albert Einstein. Elle reste alors Théorique. Il faudra attendre 50 ans pour trouver une application à cette Théorie. C'est en 1960 que le physicien Théodore Maiman obtient le premier LASER avec un rubis. En 1967, Peter Holcroft découpe une plaque d’acier inoxydable de 2,5 mm d'épaisseur à une vitesse de 1 m/min, sous dioxygène avec un laser CO2 de 300 W et conçoit la première tête de découpe.

Laser CO2

Le laser CO2 est issu d'un mélange gazeux de CO2,  d'azote et d'hélium qui est ionisé par un courant électrique permettant l'excitation de celui-ci. Le CO² est le gaz qui crée le phénomène. L'azote est le gaz permettant cette réaction, l'hélium lui est utilisée pour refroidir le mélange. La puissance d'un LASER CO² est proportionnelle à la longueur d'ionisation et à la vitesse de circulation des GAZ. Notez la forme carrée de ce Laser qui, développé mesure 8m de long et 1 m² sur deux niveaux. La turbine située sur la partie inférieure au centre fait circuler le mélange gazeux à grande vitesse. Sur la partie avant on observe deux miroirs cylindriques: le miroir de sortie et le miroir de fond. Le miroir de sortie ne laisse passer que 50%  de la puissance LASER pour entretenir le phénomène à l'intérieur de la cavité. Entre les blocs-miroirs on voit ici les tubes de décharge entourés par les électrodes qui envoient un courant électrique au travers du tube pour ioniser le gaz. Le courant électrique peut-être de type continu. Il donne alors une qualité de faisceau plus stable. Le Laser radio fréquence permet une meilleure modulation de la puissance. Sa fréquence est de 13, 56 Mhz.

Laser YAG

Le laser YAG ou Grenat d'Yttrium et d'Aluminium est issu de l'excitation d'un cristal de synthèse par un courant électrique ou une source lumineuse. L'avantage du YAG est qu'il est conductible par fibre optique. Il est idéal pour les applications de soudure robotisée. Le Laser fibre vient aujourd'hui concurrencer le Co² car il atteint maintenant des puissances de  6 à 7 Kwatt.
Il est plus polyvalent, il offre la possibilité de couper des matériaux comme le cuivre ou le laiton ce qui est risqué pour la source d'un  laser Co². Il est aussi plus performant dans la découpe Haute Pression  à l'azote. Les coûts de maintenance sont beaucoup moins élevés, Le volume d'eau de refroidissement est plus faible, il n'y a pas de chemin optique, donc plus de miroir de renvoi ou de cavité à changer. La consommation de d'azote est réduite car il n'y a pas de pressurisation du chemin optique. Il n'y a plus de turbine pour la circulation des gaz. Le laser fibre représente aujourd'hui environ 70% des parts de marché. Le laser Fibre est donc moins cher à fabriquer et à exploiter. Toutefois il est encore limité dans les fortes épaisseurs en acier. Paradoxalement il reste légèrement plus cher à l'achat en raison des coûts de recherche et de  développement, mais surtout pour ne pas concurrencer le marché des LASER Co² beaucoup plus pointus à fabriquer et qui ont nécessité de très gros investissements de la part des constructeurs.

 laser fibre nouvelle génération

  • Disque d'amplification
  • generateur de pompage par diode
  • miroir de renvoi et de fond
  • pompage et amplification
  • vues de l'equillage
  • renvoi vers le miroir de fond
  • vue de la double sortie
La nouvelle génération de laser Fibre est aujourd'hui capable d'atteindre des puissances de  8000W voire supérieures. On retrouve le pompage par diode, Le disque d'amplification est en faite  un cristal YAG cylindrique. on trouve aussi un miroir de fond et un miroir de sortie. Ici on voit en fait deux lasers 4000W couplés grace à un éguillage optique de miroirs. Les sources laser peuvent donc être couplées pour augmenter la puissance. Le faisceau peut aussi être divisé en sortie pour alimenter plusieurs machines ce qui est trés utile pour les robots de soudage industriels. Il est maintenant possible de couper des matériaux trés rapidement en coupe blanche, de monter jusqu'a 40 mm INOX avec un 8 KW et d'usiner des matériaux comme le cuivre et le laiton. Toutefois le laser fibre ne fait pas tout notamment il reste moins performant que le CO² sur l'acier à l'oxygéne.

Principe de la découpe laser

Le principe est de focaliser une grande quantité d'énergie sur une très faible surface. Cette opération est réalisée par la lentille. Il suffit alors de propulser un gaz d'assistance pour chasser la matière, c'est le gaz de coupe. Ce dernier peut être de trois natures différentes. L'oxygène est utilisé pour couper les aciers, il a pour propriété d'activer la combustion. On parle ici de coupe noire. L'azote donne de meilleurs résultats dans l'inox et l'aluminium. C'est la coupe blanche, c'est-à-dire exempte de calamine. L'acier peut lui aussi être usiné en coupe blanche pour des pièces devant être peintes et ne pouvant être sablées.