Il y a à peine dix ans, les découpeuses laser à fibre étaient considérées comme des spécialistes des tôles fines. Les magasins se sont vite rendu compte qu'ils devaient y investir pour être compétitifs, ou au moins réduire leurs épaisseurs de matériau. Pour une découpe de plaques de haute qualité, les lasers CO2 restent la solution idéale. Bien sûr, les lasers à fibre pouvaient découper des flans plus épais, mais la qualité n'était pas excellente et leur avantage en termes de vitesse disparaissait presque lors de la découpe de plaques très épaisses. Aujourd'hui, le monde a changé.
La technologie des gaz auxiliaires a parcouru un long chemin en quelques années seulement et elle constitue l'un des principaux contributeurs à l'évolution rapide du domaine de la découpe laser. Les matériaux des lentilles et leur conception ont été améliorés, tout comme les têtes de coupe et les buses. On peut considérer que les systèmes modernes de délivrance de faisceaux laser à fibre gèrent confortablement d’énormes puissances de photons. Les lasers ultra-haute puissance de 20, 30 et même 50 kW peuvent désormais trancher des plaques épaisses rapidement et proprement.
« Propre » est le mot clé ici. La pertinence économique d’un laser dépend du coût par pièce. Aujourd’hui, les lasers de forte puissance sont en plein essor dans le domaine de la découpe de précision des tôles. Si une pièce était autrefois découpée au plasma puis ébavurée ou finie sur une fraiseuse, elle peut désormais être réalisée sur un laser à fibre.
Le mélange de gaz auxiliaire contribue à rendre tout cela possible. Aujourd'hui, même les plaques les plus épaisses ne sont pas traitées avec de l'oxygène, mais avec un mélange azote-oxygène. Le flux de gaz auxiliaire est toujours principalement constitué d'azote, un gaz inerte qui expulse le métal fondu de la saignée, mais une petite partie d'oxygène assure la réaction chimique qui aide à amener la saignée vers le bas pour un bord sans scories.
Le support entre la surface et la buse a été rendu si petit qu'il est presque inexistant, tout cela pour permettre un flux laminaire de gaz auxiliaires à travers la saignée afin que le mélange azote-oxygène puisse fonctionner comme prévu. Lors de la découpe de plaques de précision, une turbulence excessive des gaz auxiliaires est l’ennemi d’une découpe laser propre.
Les premières applications du mélange de gaz sont apparues il y a plus de dix ans, non pas pour l'acier épais, mais pour la coupe sans scories de l'aluminium. Steve Albrecht, président de Liberty Systems, basé à Pewaukee, dans le Wisconsin, un fournisseur de génération d'azote et de mélange de gaz, se souvient avoir utilisé des mélanges azote-oxygène au début des années 2010, non pas pour les lasers à fibre, mais pour un CO2 de 4 kW. système pour couper de l'aluminium de 0,125-pouce d'épaisseur.
"L'aluminium a une couche d'oxyde sur le dessus", explique Albrecht, "et vous devez la brûler pour éviter toute crasse ou bavure. Comme les ingénieurs d'application l'ont découvert, un flux d'air assisté par de l'azote avec une dose d'oxygène aide à éliminer les particules dures." pour éliminer l'écume sur les bords de l'aluminium découpé au laser.
"En tant que matériau plus souple, l'aluminium présente des caractéristiques uniques pour la découpe au laser", explique David Bell, président de Witte Gas Control à Alpharetta, en Géorgie. "Le mélange gazeux est utile. Si vous coupez l'aluminium avec de l'oxygène, vous le brûlez. Si vous coupez-le avec de l'azote, vous obtenez des stries de bord. Mélangez les deux et vous obtenez une coupe plus nette.
Alors que les lasers à fibre commençaient à conquérir le marché et que la puissance disponible continuait de croître, les stratégies de gaz auxiliaires ont continué d'évoluer. Les ingénieurs d’application ont commencé à expérimenter différentes combinaisons d’azote et d’oxygène.
Comme le rappelle Albrecht, lorsque les ingénieurs ont commencé à obtenir de bons résultats avec des niveaux d'oxygène approchant les 20 %, cela a ouvert la porte à l'utilisation d'air ultra-sec pour la découpe. Cela a permis au fabricant d'économiser beaucoup d'argent, surtout compte tenu de la quantité de gaz auxiliaire consommée par les premiers lasers à fibre.
"Lorsque les premières fibres de 6 et 8 kW sont sorties", explique Albrecht, "c'est à ce moment-là que la découpe à l'air ultra-sec a vraiment commencé à décoller.
Cependant, à mesure que la puissance du laser à fibre continuait d’augmenter, la stratégie des gaz auxiliaires a changé. Les conditions de découpe des lasers à fibre de plus haute puissance ont été construites autour de mélanges précis d'azote et d'oxygène à faible teneur en oxygène.
Les équipementiers de découpe laser ont commencé à expérimenter différentes buses et différentes approches pour obtenir un flux laminaire fluide de gaz auxiliaires autour d'un faisceau plus puissant. La conception des buses a été optimisée. Certaines géométries de buses emprisonnent le gaz au sommet du métal. D'autres techniques utilisent des « rideaux » d'air autour de la colonne de gaz auxiliaire. Comme l'explique Albrecht, ces méthodes dépendent du constructeur de machines, mais tout le monde travaille vers le même objectif : obtenir la meilleure qualité de coupe au coût par pièce le plus bas. Cela inclut l'utilisation de gaz auxiliaires et, en particulier, la recherche du mélange optimal pour améliorer la qualité et la vitesse de coupe.
