Ultra

Jan 03, 2024

Avec l'introduction des lasers à fibre de niveau kilowatt au début des années 2000 et leur intégration ultérieure dans les outils de coupe à la fin des années 2000, les lasers à fibre ont transformé la découpe laser d'une méthode de niche en un processus de fabrication courant. Depuis lors, les lasers à fibre ont dominé la découpe laser des tôles en raison de leur facilité d'intégration, de leur fiabilité, de leur faible maintenance et de leurs faibles coûts d'investissement et d'exploitation par rapport à la technologie laser antérieure, de leurs vitesses de découpe élevées et de la possibilité d'augmenter leur puissance. Le marché de la découpe laser a connu une croissance annuelle de plus de 10 % au cours de la dernière décennie, soit plus du double du taux des autres procédés de découpe de profilés.

Ces dernières années, l'industrie de la fabrication a connu une adoption rapide des lasers à fibre ultra-haute puissance (UHP) dans la gamme de 10 à 40 kW pour la découpe. En suivant chaque année les systèmes de découpe laser de pointe sur le salon d'exposition de FABTECH ou dans ses séminaires pédagogiques, on aurait remarqué que la puissance maximale disponible pour la découpe a considérablement augmenté, passant de 6 kW en 2016 à 40 kW en 2022, une multiplié par près de sept en six ans. Au cours des trois dernières années seulement, la puissance laser maximale des systèmes de découpe est passée de 15 à 40 kW. Le rythme rapide des développements du laser UHP s'est poursuivi cette année, mené par deux développements récents notables : la disponibilité du laser à fibre de 50 kW pour la découpe et ses tests sur le terrain ; et le lancement de lasers à fibre UHP à haut rendement avec des rendements électriques de plus de 50 pour cent, qui offrent des économies d'énergie significatives pour les applications de découpe à haute puissance avec des cycles de service élevés.

Le chevauchement de trois développements majeurs au cours des dernières années a rendu possible la tendance de la découpe UHP, à savoir la réduction du coût/kW de puissance des lasers à fibre, la disponibilité de têtes de découpe capables de gérer la puissance laser ultra-élevée et une meilleure connaissance de l'ingénierie des applications. concernant la découpe laser haute puissance.

Les vitesses de découpe augmentent considérablement avec une puissance laser plus élevée, ce qui entraîne une réduction substantielle des coûts d'exploitation (y compris la consommation de gaz, le temps de cycle par pièce et la consommation d'énergie par pièce) et un coût par pièce considérablement inférieur. La vitesse de coupe de la plupart des épaisseurs d'acier inoxydable, par exemple, fait plus que quadrupler en augmentant la puissance de 6 kW à 15 kW, tout en utilisant la même pression de gaz d'assistance et la même taille de buse (c'est-à-dire le même débit de gaz) dans les coupes à faible et à haute puissance. , conduisant à une réduction multiple de la consommation de gaz et des autres coûts d'exploitation.

Les lasers UHP permettent également une découpe sans scories de l'acier au carbone épais et de l'acier inoxydable avec de l'air à haute pression au lieu d'une découpe à l'azote plus coûteuse ou à l'oxygène qui est beaucoup plus lente. La découpe avec du gaz assisté par air est nettement plus rapide que la découpe à l'oxygène à des puissances laser élevées, car dans la découpe à l'air, contrairement à la découpe à l'oxygène, la vitesse augmente avec la puissance du laser. Par exemple, lors de la découpe d'acier au carbone de 16 mm d'épaisseur avec un laser de 30 kW, la vitesse de découpe est supérieure à 9 m/min avec du gaz assisté par air, mais n'est que d'environ 2 m/min avec de l'oxygène.

Lors de la coupe avec du gaz assisté par azote pour de l'acier inoxydable de 10 mm d'épaisseur, la vitesse de coupe augmente d'environ 2 m/min à 6 kW à plus de 12 m/min à 15 kW, soit une multiplication par six avec un gain de puissance de 2,5 fois. Cette vitesse accrue entraîne facilement une diminution de deux à trois fois du coût par pièce pour la plupart des conceptions de pièces. Cependant, un système de découpe laser deux fois plus productif n'est pas deux fois plus cher, car le coût de la source laser par kilowatt diminue avec l'augmentation de la puissance du laser et le coût plus élevé du laser est absorbé dans le coût global de la machine-outil.

En améliorant considérablement les vitesses de découpe, l'UHP a rendu la découpe laser plus compétitive par rapport aux méthodes de découpe mécaniques telles que le poinçonnage, tout en préservant les avantages uniques (à savoir la flexibilité, l'absence d'usure des outils, la découpe sans contact et la capacité de découper des parois minces complexes). L'avantage du poinçonnage par rapport à tout processus de découpe de profilés tel que le laser réside généralement dans la fabrication en série de pièces de géométries relativement simples, pour lesquelles le coût initial d'outillage initial peut être justifié. Cependant, comme l'industrie de la fabrication exige de plus en plus de flexibilité, les vitesses de découpe élevées fournies par les lasers UHP ont déplacé la considération des coûts du laser par rapport au poinçonnage en faveur des lasers.