La découpe laser est la technologie la plus ancienne et la plus couramment utilisée dans le domaine du traitement laser, représentant plus de 70% de l'ensemble du domaine. Elle est largement utilisée dans des industries telles que les machines, l'automobile, l'aérospatiale, les textiles légers, l'alimentation et le traitement médical. La découpe laser traditionnelle se limitait principalement à la découpe planaire. Avec le développement du laser [...]
La découpe laser est la technologie la plus ancienne et la plus couramment utilisée dans le domaine du traitement laser, représentant plus de 70% de l'ensemble du domaine. Elle est largement utilisée dans des industries telles que les machines, l'automobile, l'aérospatiale, les textiles légers, l'alimentation et le traitement médical.
La découpe laser traditionnelle se limitait principalement à la découpe planaire. Avec le développement des découpe au laser le traitement de pièces tridimensionnelles de forme libre est progressivement devenu possible.
Depuis que le premier système de mesure du CO2 La machine de découpe laser 3D a été développée par Prima en 1979. Les machines de découpe laser 3D sont appréciées pour leur grande flexibilité, leur haute précision, leurs exigences minimales en matière d'équipement d'outillage et leur temps de préparation de la production réduit.
Actuellement, ils sont largement utilisés pour le traitement de pièces en 3D dans des industries telles que l'automobile, la fabrication mécanique et l'aérospatiale.
Pour garantir la qualité du traitement et utiliser efficacement l'énergie du faisceau laser dans la découpe laser 3D, la tête de découpe doit se déplacer le long d'une trajectoire spatiale prédéterminée tandis que l'axe du faisceau laser reste perpendiculaire à la surface de la pièce à découper.
Par conséquent, les machines de découpe laser 3D nécessitent généralement au moins 5 axes, dont trois axes de mouvement linéaire (X, Y, Z) et deux axes de rotation (deux des axes A/B/C). Actuellement, il existe deux structures de base de machines de découpe laser 3D, le type à portique et le style robotique, disponibles sur le marché commercial.
Le premier est généralement équipé d'un banc ou d'une table de travail qui assure un mouvement linéaire le long des axes X, Y et Z, tandis que la tête de coupe assure les deux autres axes de mouvement rotatif (ou d'oscillation).
Ce dernier utilise la transmission par fibre (ou un bras articulé avec des miroirs réfléchissants internes) pour s'intégrer à des robots et effectuer des découpes laser en 3D.
La comparaison des performances des deux est présentée dans le tableau 1.
Tableau 1 : Comparaison des performances des machines de découpe à portique et des machines de découpe robotisées.
| Performance | Style portique | Style robotique |
| Espace de travail | Grandes dimensions | Petit |
| Vitesse de traitement | Haut | Petit |
| Précision du traitement | Faible | Faible |
| Capacité à s'approcher de l'aire de traitement | Pauvre | Bon |
| Surface au sol | Grandes dimensions | Petit |
Le laser haute puissance est un composant essentiel de l'équipement de découpe laser. Selon le type de laser utilisé, les machines de découpe laser 3D sont généralement divisées en trois catégories : les machines de découpe laser à fibre, les machines de découpe laser à CO2 et les machines de découpe laser YAG.
La principale comparaison des performances des trois types de machines de découpe laser est présentée dans le tableau 2.
Tableau 2 : Comparaison des performances des fibres, du CO2et les machines de découpe laser YAG.
| Performance | Découpe laser à fibre Machine | Machine de découpe laser CO2 | Machine de découpe laser YAG |
| Traitement des types de matériaux | Métal | Métal, non-métal | Métal |
| Vitesse de coupe | Haut | Relativement élevé | Faible |
| Précision de coupe | Haut | Haut | Relativement élevé |
| Efficacité de la conversion photoélectrique | Autour de 30% | Autour de 10% | Environ 3% |
| Coût de l'équipement | Moyen | Haut | Faible |
| Atteinte à l'intégrité du corps humain | Haut | Faible | Moyen |
| Positionnement sur le marché | Traitement de haute précision de plaques minces d'une épaisseur de ≤12 mm. | Traitement de plaques minces d'une épaisseur de ≤8mm de forte réflexion les matériaux. | Traitement des métaux et des multiples non métallique des feuilles d'une épaisseur de 6 à 25 mm. |
Actuellement, sur le marché commercial, les machines de découpe laser à fibre et les machines de découpe laser à CO2 sont les principaux types de machines de découpe laser 3D.
Par rapport au CO2 et le laser YAG, la découpe au laser à fibre présente certains avantages en termes d'efficacité de découpe, d'efficacité de conversion de l'énergie photoélectrique, de structure du trajet optique, de coût de maintenance, de précision de découpe, etc.
Ces dernières années, le développement des machines de découpe laser à fibre a été rapide, remplaçant progressivement les machines de découpe laser CO2 traditionnelles et devenant le nouveau courant dominant du marché.
Actuellement, les fabricants étrangers réputés qui produisent des machines de découpe laser à fibre tridimensionnelle comprennent l'allemand Trumpf, l'italien Prima Power, l'américain PREISER, ainsi que les japonais Komatsu, NTC, Koike, Mitsubishi, AMADA et MAZAK.
Parmi eux, les TruLaser Cell 3000, TruLaser Cell 5030 et TruLaser Cel 8030 de Trumpf, le Rapido de Prima Power, le Laserdyne 75G, la série TLH-N de Komatsu, le LCG3015AJ II d'AMADA et d'autres produits de machines de découpe laser à fibre tridimensionnelles ont une grande visibilité.
La machine-outil de traitement laser à cinq axes TruLaser Cell 3000 adopte une structure modulaire et peut utiliser une variété de lasers. Elle peut réaliser des opérations telles que le soudage, le découpage et la découpe. revêtement au laser en remplaçant la tête de traitement laser. Il est également facile de réaliser l'automatisation de la machine-outil et peut répondre aux besoins de la production de masse. La précision de positionnement est relativement élevée, avec une précision de positionnement de l'axe XNZ de ± 0,015 mm et une précision de positionnement des axes A et C de 0,02°.
La machine de découpe laser 3D TruLaser Cell 8030 convient à la découpe rapide de panneaux latéraux de véhicules thermoformés à grande échelle. La plage de mouvement de ses axes X/Y/Z est de 3000mm/1300mm/600mm et l'accélération des axes est de 4g. Elle adopte également une table de traitement rotative optimisée, qui réduit considérablement le temps de non-production et améliore l'efficacité et la productivité, comme le montre la figure 1.
La machine de découpe laser Rapido 3D 5 axes utilise un laser à fibre de 2,0 à 4,0 kW, qui offre une grande souplesse d'utilisation pour divers types de découpe et d'usinage. applications de soudage. La machine est équipée d'un système de prévention des collisions, ainsi que d'un entraînement direct qui élimine le recul et l'usure.
La machine de traitement laser multi-axes Laserdyne 795 utilise des surfaces d'usinage de haute précision et des vis d'entraînement de grand diamètre et de haute rigidité, ce qui lui confère une grande précision mécanique et la rend adaptée aux applications de découpe à grande vitesse. Elle est également compatible avec différents types de laser telles que les fibres, le CO2et YAG, comme le montre l'image 2.
La série TLH-N d'appareils 3D à ultra-haute vitesse 5 axes La machine de découpe laser à commande numérique se caractérise par une grande rigidité, une vitesse élevée (vitesse de déplacement rapide des axes X/Y/Z de 100 m/min, vitesse de déplacement rapide de l'axe A/C de 540°/s), une bonne opérabilité et une conception ouverte d'un seul côté avec une grande facilité d'accès.
La machine de traitement laser à fibre optique LCG3015AJⅡ à haut rendement a une vitesse de déplacement rapide pouvant atteindre 170 m/min et une vitesse d'avance d'usinage de 120 m/min. Elle se caractérise par une grande efficacité de production, une bonne évolutivité et une nouvelle solution d'amélioration numérique pour les machines à laser à fibre. transformation de la tôleL'objectif est d'améliorer la qualité de vie des citoyens, de l'amélioration des processus à la réforme des usines, comme le montre l'image 3.
L'industrie chinoise du laser industriel a démarré relativement tard, et il existe un écart important dans la recherche et le développement de la technologie de découpe au laser commercial par rapport aux pays développés. Avec l'inscription du gouvernement chinois sur la liste des technologie de traitement au laser en tant que projet clé de recherche scientifique et technologique, a suscité un regain d'intérêt dans l'industrie, et de plus en plus d'entreprises et d'instituts de recherche ont entamé des recherches sur les technologies concernées.
Actuellement, plusieurs entreprises chinoises ont lancé des machines de découpe laser à fibre 3D, notamment Hans Laser, HG Laser et Chutian Laser, Bystronic Dne, Gweike et LeMing Laser.
Parmi eux, la machine de découpe laser à fibre HyRobot C20 de Hans' Laser, la machine de découpe laser 3D à 5 axes pour voitures AUTOBOT de HG Laser, la machine de découpe laser 3D à 5 axes de la série SF, la machine de découpe laser à fibre FC-CBD à grande table d'échange automobile fermée de Dne Laser, la machine de découpe laser 3D à 5 axes pour voitures FK3015S de Focus Laser, la machine de découpe laser 3D à 5 axes STK-S-3015 de Stark et l'équipement de découpe laser intelligent multiaxes 3D LMR de LeiMing Laser sont des produits bien connus.
À l'heure actuelle, les principaux indicateurs techniques de l'économie nationale sont les suivants Laser à fibre 3D ne sont pas très différents de ceux des produits étrangers courants, comme le montre le tableau 3.
Tableau 3 : Principaux indicateurs techniques des machines de découpe laser à fibre 3D.
| Nom | Paramètres techniques | |
| Axes linéaires (Axes X/Y/Z) | Vitesse de positionnement /mm/min | 50-120 |
| Accélération du positionnement /m-s-2 | 0.8-1.0 | |
| Précision du positionnement /mm | ±0.05-0.03 | |
| Précision du positionnement répété /mm | ±0.05-0.01 | |
| Axes rotatifs (Axes C/B/A) | Vitesse de positionnement / °-s) | 540-720 |
| Accélération du positionnement / (°-s-2) | 3600-6000 | |
| Précision du positionnement /° | 0.02-0.015 | |
| Précision du positionnement répété /° | 0.01-0.005 |
LE CO2 Les machines de découpe laser sont actuellement largement utilisées pour le traitement de l'acier inoxydable d'une épaisseur ne dépassant pas 12 mm et des matériaux non métalliques d'une épaisseur ne dépassant pas 25 mm. Elles ont été largement utilisées pour la découpe et le traitement de pièces intérieures et extérieures d'automobiles et de pièces non métalliques dans d'autres industries.
Actuellement, les principaux fabricants étrangers de systèmes de captage et de stockage du CO2 Parmi les fabricants de machines de découpe laser, on trouve l'Allemand Trumpf, l'Italien Prima Power et les Japonais Komatsu et NTC, entre autres. Parmi elles, la Tru Laser Cell 7040, machine tridimensionnelle de découpe au CO2 de Trumpf, la machine de découpe laser à 5 axes Optimo 3D de Prima Power, la machine de découpe laser à 5 axes de la série TLM de Komatsu et la machine de découpe laser à 5 axes TLM610 avec table de travail à double échange de NTC sont des produits bien connus.
La cellule tridimensionnelle TruLaser Cell 7040 est un appareil de mesure du CO2 La machine de découpe laser a une course d'axe XY/Z de 4000 mm × 2000 mm × 1000 mm, une course d'axe B/C de ±135° et n × 360°, et une accélération d'axe maximale de 4g. Il dispose de plusieurs zones de travail qui peuvent être sélectionnées en fonction des besoins, et différents lasers peuvent être utilisés. Il peut effectuer une variété de techniques de traitement telles que le soudage, la découpe et le revêtement laser en remplaçant la tête de traitement laser, comme le montre l'image 4.
La machine de découpe laser Optimo 3D 5 axes convient également à la découpe et au soudage de grandes pièces, avec une course d'axe XNZ de 4500 mm × 2500 mm × 1020 mm et une course d'axe B/A de ±135° et 360°. Elle utilise un laser à flux axial rapide de 2,5-4 kW et un laser plat à CO2 laser. Comme le montre l'image 5.
La machine de découpe laser 3D 5 axes TLM610 est équipée d'un portique, d'une table de travail mobile, d'une tête de découpe à point unique et d'un boîtier de commande à bascule doté d'une technologie brevetée, d'une structure de buse de découpe spéciale, d'une tête de découpe TDLC-04R à haute performance et d'un boîtier de commande à bascule à haut rendement. Système CNCet propose une programmation hors ligne.
Actuellement, les émissions nationales de CO2 La découpe laser est principalement utilisée dans les machines de découpe 2D, telles que la machine de découpe laser MS-1380 mise au point par Mingsheng Laser Technology Co. et la machine de découpe laser ZT-CC1610 mise au point par Zongtong Laser Technology Co. Il n'existe actuellement aucune machine de découpe 3D au CO2 produits de découpe laser disponibles.
(1) Haute puissance
L'augmentation de la puissance du laser peut améliorer les capacités de traitement et l'efficacité tout en réduisant les coûts de traitement. Avec la baisse du coût des lasers, la puissance des produits courants dans le domaine de la découpe 3D est passé de 2kW et 3kW il y a quelques années à 4kW et 6kW.
Aujourd'hui, des produits d'une puissance de l'ordre du mégawatt sont apparus, et l'on pense que les produits d'une puissance de l'ordre du mégawatt deviendront la norme sur le marché dans les prochaines années.
(2) Haute vitesse et haute précision
L'amélioration de la vitesse et de la précision du positionnement permet d'améliorer l'efficacité de l'usinage et de répondre aux exigences de performance des machines d'ingénierie et d'autres produits à forte valeur ajoutée, renforçant ainsi la compétitivité des produits.
Actuellement, la vitesse de positionnement des machines de découpe courantes est de 100 m/min, tandis que la vitesse de positionnement la plus élevée des machines de découpe à grande vitesse peut atteindre 280 m/min.
(3) Intelligence
L'automatisation et l'intelligence des opérations sont des exigences de l'industrie 4.0 et de la fabrication intelligente. De plus en plus d'entreprises prêtent attention à l'intelligence des machines-outils, telles que les systèmes ouverts, la décharge automatique, l'autodiagnostic des défauts, la gestion intelligente des données de processus, le contrôle à distance, etc.
(4) Diversification des fonctions
L'élargissement de la gamme d'usinage des machines-outils peut accroître la flexibilité et l'adaptabilité des machines-outils, améliorant ainsi la compétitivité des produits. À l'étranger, de nombreuses machines de découpe 3D avancées disposent d'une large gamme de processus.
Par exemple, les machines de découpe laser 3D TruLaser Cel3000 et TruLaser CⅡ7040 de Trumpf ont des fonctions de découpe 3D et de dépôt de métal par soudage. La machine de découpe laser 5 axes Rapido 3D de Prima Power peut utiliser plusieurs lasers pour répondre aux besoins de divers processus de soudage et de découpe.
Dans le contexte de la transformation du secteur industriel chinois, qui passe de la transformation traditionnelle à la fabrication haut de gamme, l'industrie de la découpe laser continuera à se développer à grande vitesse.
À l'avenir, les équipements de découpe laser 3D évolueront vers une puissance, une vitesse et une précision élevées, vers l'intelligence et la diversification des fonctions.
Actuellement, par rapport aux pays développés tels que l'Allemagne, le Japon et l'Italie, il existe encore un écart important entre la Chine en termes de produits de machines de découpe laser 3D, ainsi qu'en termes de composants essentiels tels que têtes de découpe laser et les lasers de haute puissance, ainsi que des domaines techniques clés tels que la recherche et le développement de machines de découpe au laser et la recherche et le développement de systèmes CNC à haute performance.
Par conséquent, le personnel scientifique et technologique doit continuer à mener des recherches approfondies.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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