Découpe laser métal : la solution hybride Arketype

Si vous débutez une recherche de matériel pour la découpe laser du métal, dans pour un projet industriel, vous avez peut-être déjà conclu à la supériorité des machines à laser fibre. Et il est tout à fait vrai que cette technologie récente possède des atouts indéniables pour la découpe de très nombreux métaux, avec précision et grande vitesse. Des qualités qui s’accompagnent toutefois d’un prix assez élevé, même s’il a considérablement chuté ces dernières années. Le budget nécessaire ne rentre pas dans vos possibilités et vous vous tournez alors vers le laser CO2. Il est bien plus abordable, mais inadapté à la découpe de l’acier, le matériau dont vous avez absolument besoin pour la fabrication de vos prototypes… Une impasse ?
Arketype vous propose de découvrir ce qui pourrait bien être LA réponse à votre contrainte : la découpe laser du métal avec des machines laser hybride CO2.

 

Découpe laser de métal : pourquoi utiliser une machine laser hybride ?

Par définition, l’hybridation est le couplage de deux technologies. Elle offre la combinaison des avantages de chacune afin de disposer d’un résultat plus efficient ou mieux approprié à une situation particulière. Par exemple, un véhicule hybride permet de marier la puissance du moteur thermique à la frugalité énergétique d’une traction électrique, dans le but de diminuer la consommation de carburant. Dans le cadre des machines laser, qui vous intéresse davantage, il s’agit d’associer le laser CO2 à un jet de gaz auxiliaire, afin d’améliorer ses capacités de découpe, notamment du métal. Le résultat produit des possibilités de coupes plus profondes, sur des matériaux plus variés. Ainsi, ce bon vieux laser CO2, économique et plutôt destiné à l’usinage de matières organiques, élargit son champ d’applications professionnelles et vous permet d’envisager le travail sur de nombreux métaux. Une association gagnante qui vous autorise notamment la découpe de l’acier carbone de construction, le plus utilisé dans les applications industrielles, mais aussi l’acier inoxydable, très présent dans les cuisines, les établissements de santé ou la décoration. Nous reviendrons un peu plus tard sur la nouvelle panoplie applicative du laser CO2 boosté à l’oxygène.

 

 

➡️  Arketype propose également dans son catalogue des machines exploitant une double tête laser, CO2 ET FIBRE. Des possibilités encore plus nombreuses !

 

 

La technologie laser CO2 : beaucoup de mérites, mais des limites pour la découpe des métaux

Pour rappel, le laser CO2 date des années 60. Il constitue la plus ancienne et la plus courante des technologies laser utilisées dans l’industrie. Il fonctionne en excitant des molécules de dioxyde de carbone (CO2) avec de l’énergie électrique, ce qui produit un faisceau  de type infrarouge. Ce rayon est ensuite acheminé par un réseau de lentilles optiques, puis concentré dans la tête de découpe laser. La longueur d’onde de l’infrarouge, généralement 10,6 µm, pénètre facilement dans les matériaux organiques. Le laser CO2 permet ainsi la découpe, la gravure ou le marquage du bois (dont le MDF), du carton et du papier, du tissu, du cuir ou du caoutchouc… Son champ d’application s’étend au plastique, à l’acrylique et au plexiglas, sur des épaisseurs variables. Le laser CO2 ne peut que graver des matériaux plus « durs » (verre, marbre, céramique, ardoise…). Ses capacités à travailler les métaux sont, par défaut, désavantagées par sa longueur d’onde. Il peut tout de même graver ou marquer l’acier doux (à faible teneur en carbone), l’acier inoxydable, l’aluminium et le laiton. Dans ce cas, la surface à traiter doit être recouverte d’un produit de marquage, dont il faut prévoir l’acquisition et l’application préalable. Dans la pratique, la technologie laser CO2 seule ne peut être envisagée pour travailler les métaux de façon plus industrielle, à moins de lui fournir l’assistance d’une hybridation, qui lui apporte un bol d’oxygène et un moral d’acier…

 

🚩 À retenir : Le laser CO2 conventionnel est peu compatible avec la découpe laser de métaux ; l’hybridation lui apporte cette possibilité, à des puissances et des tarifs accessibles au grand public.

 

 

 

Le laser hybride et son grand intérêt pour la découpe laser métal

Comment la découpe des métaux se trouve améliorée grâce à un apport d’oxygène ?

Pour l’hybridation avec un laser CO2, les gaz les plus souvent utilisés sont l’azote, l’argon et surtout l’oxygène. Ce dernier s’utilise avant tout pour la découpe laser des métaux, car il possède des propriétés déjà bien connues et exploitées dans l’industrie. En effet, l’oxygène élève fortement la température du fer, principal composant de l’acier. Cette réaction exothermique se retrouve dans le procédé d’oxycoupage : l’oxygène couplé à un comburant (de l’acétylène) est projeté contre le métal avec un chalumeau et le fait fondre très rapidement. Lorsqu’il est associé à un rayon laser, ce gaz augmente considérablement l’efficacité de la découpe des métaux ferreux utilisés dans la construction (fer pur, fer-blanc, acier carbone, acier inoxydable, alliages d’aciers, fonte). Ces aciers à faible taux de carbone sont plus malléables et plus faciles à usiner. On les retrouve dans les pièces automobiles, les tubulures de cycles, les plaques d’acier pour machines industrielles…

En chauffant le métal, l’oxygène accélère franchement la vitesse de coupe. Les temps d’utilisation se réduisent et les factures énergétiques diminuent. L’apport d’un oxygène très pur améliore la qualité des sections, mais après usinage et en fonction des paramètres de coupe, une pièce de métallique pourra tout de même nécessiter un travail de finition (meulage ou léger brossage).

 

 

🚩 À noter : l’oxygène n’est d’aucune utilité pour les métaux non ferreux (aluminium, cuivre, laiton…) ou précieux (or, argent, platine…).

 

Comment mettre en œuvre une solution de laser hybride CO2 pour usiner le métal ?

La présence d’un circuit d’alimentation en gaz peut évoquer une certaine complexité. Pourtant, l’installation d’une machine laser hybride reste simple et abordable, techniquement comme financièrement ; l’hybride demeure plus économique que le laser fibre pour découper le métal.

En ce qui concerne l’approvisionnement en gaz, il se fait auprès de prestataires, par abonnement ou à la demande. Le plus connu est AIR LIQUIDE™, mais d’autres sont aussi disponibles sur tout le territoire français (Linde™, Messer™, Air Products™…).
La plupart du temps, l’oxygène est stocké dans des bouteilles, renouvelées dans le cadre d’un contrat de location, comparable à celui des particuliers éloignés des réseaux urbains de distribution de gaz naturel. Selon les besoins du client, les contenants représentent 1, 3 ou 6 m3. Ils sont éventuellement combinés dans un rack pouvant accueillir jusqu’à 8 bouteilles. Les plus gros consommateurs peuvent envisager un système de cuve ravitaillée par citerne.
Par expérience, avec les machines hybrides Arketype, la plupart des clients utilisent des bouteilles de 6m3 qui leur offrent une autonomie de plusieurs mois (en usage courant).

La mise en œuvre technique demeure tout aussi ordinaire : un détendeur et quelques tuyaux acheminent l’oxygène (ou l’air comprimé) vers l’appareil de découpe laser.

 

Des conduits internes guident le gaz à l’intérieur de la machine, jusqu’à la tête laser. Des relais le libèrent en fonction du besoin et selon la pression réglée au détendeur. L’oxygène est utilisé pour favoriser la découpe des métaux ferreux, mais de l’air comprimé peut circuler par les mêmes conduits ; il empêche les autres matières (plexiglas, bois, papier, carton, cuir…) de prendre feu sous l’action du rayonnement. Produit par un petit compresseur, ce flux renforce la sécurité des opérateurs et des installations lors de travaux sur des matières inflammables.

 

🚩 Important : l’oxygène est hautement inflammable et sa trop forte concentration peut avoir des effets néfastes sur la santé. Équipez-vous d’un système de détection et d’alerte en cas de fuite.

 

 

Pour découper de l’acier ou de l’inox, qu’apporte le gaz auxiliaire à la technologie laser CO2 ?

Comme nous l’avons évoqué, l’oxygène est un puissant multiplicateur de possibilités pour le laser CO2. Avec cette adjonction, le laser hybride élargit sa polyvalence. Les effets du gaz permettent la découpe laser de métaux ferreux avec une efficacité décuplée. Intéressons-nous plus particulièrement à l’acier.

Pour rappel, l’acier carboné contient principalement du fer (Fe) et, au maximum, 2 % de carbone (C). L’acier inoxydable contient en supplément environ de 10 % de chrome (Cr), qui lui donne un aspect brillant et le protège de la corrosion. L’élément majoritaire de ces alliages reste toujours le fer, à hauteur de 98 % (80 à 90 % pour l’inox). La réaction exothermique obtenue au contact de l’oxygène est donc optimale pour la découpe de l’acier carbone et tout à fait satisfaisante pour la découpe de l’inox. L’apport gazeux permet de surmonter la réflectivité supérieure de cet alliage, en utilisant les bons paramètres de découpe.

Pour les machines de la gamme hybride Arketype, les épaisseurs de coupe dans le métal font un bond en avant :

• Puissance laser de 150 W : 1,5 mm pour la tôle d’acier et l’acier inoxydable.
• Puissance laser de 300 W : jusqu’à 3 mm, toujours selon la nature de l’acier.

Ces puissances raisonnables autorisent l’usinage du métal en conservant une consommation électrique limitée ; un bon point pour les charges d’exploitation et pour l’environnement.

 

La machine CO2 hybride accède à la découpe laser de l’acier et de l’inox, ce qui en fait l’appareil le plus polyvalent disponible sur le marché, à coût réduit.