Bien que le plasma et le laser utilisent tous deux de la chaleur pour couper (ou façonner) le métal, il faut choisir découpe laser vs découpe plasma Dans les projets de fabrication, il s'agit d'une tâche analytique. Ces méthodes de découpe thermique ont des capacités et des préférences d'usinage distinctes. Le bon choix dépend de la méthode qui peut répondre à vos exigences de découpe, notamment la compatibilité des matériaux, la précision souhaitée, la vitesse et les contraintes budgétaires.
Cet article présentera un aperçu comparatif des méthodes de découpe plasma et laser, y compris leurs avantages, leurs inconvénients et une comparaison directe pour faciliter votre prise de décision.
Qu'est-ce que la découpe laser ?
La découpe au laser est un procédé de découpe sans contact qui permet de découper différentes feuilles de matériaux. Un faisceau laser concentré fait fondre et vaporise avec précision le matériau pour réaliser des découpes de contours complexes. L'histoire des machines de découpe laser remonte à 1964 lorsqu'une entreprise industrielle l'a utilisé pour percer l'outillage d'emboutissage pour la première fois.
Au fil du temps, les machines de découpe laser ont continuellement évolué et nous disposons aujourd'hui de machines de découpe laser CNC avancées. L'intégration CNC permet un déplacement précis de la tête laser selon les codes G et M, avec des tolérances aussi faibles que ±0.003 mm.
Comment fonctionne la découpe laser ?
Un système laser complexe avec plusieurs composants exécute le processus de découpe laser, qui implique tout, de la création du laser au contrôle du faisceau dans un chemin de découpe prédéfini.
Le processus commence par la génération d'un laser, où une alimentation électrique (étincelle) accélère les atomes sur un support laser tel que le CO₂ et la fibre optique. Ce phénomène génère un faisceau hautement concentré qui est amplifié et dirigé vers la zone de découpe à l'aide de miroirs. Ensuite, la série de lentilles de focalisation fait converger la lumière vers un point intense, augmentant la densité énergétique lors de son passage à travers la buse.
De plus, une torche de découpe laser ou une tête de focalisation permet de déplacer la tête de buse, contrôlée par des programmes CNC, sur une trajectoire prédéterminée. Le laser focalisé provoque un échauffement localisé et fait fondre le matériau, tandis qu'un flux de gaz souffle le matériau érodé.
Types de découpeuses laser
Dans le secteur manufacturier, on utilise principalement trois types de découpeurs laser, chacun étant défini par le support utilisé pour produire le faisceau laser : CO₂, fibre optique et cristal Nd:YAG. Ces supports laser ont des longueurs d'onde distinctes de 10.6 µm, 1.06 µm et 1.06 µm respectivement. La variation de longueur d'onde influence la façon dont le laser interagit avec divers matériaux. Par exemple, certains matériaux absorbent certaines longueurs d'onde mieux que d'autres.
- Découpeur laser CO₂:Il utilise un mélange de gaz CO₂ pour produire le faisceau laser concentré, particulièrement utilisé pour les feuilles non métalliques comme le thermoplastique et le bois.
- Découpeur laser à fibre : Un câble à fibre optique amplifie la lumière et produit le laser. Il coupe mieux avec des feuilles métalliques.
- Nd: YAG: Les cristaux de grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme sont utilisés comme milieu laser pour ces types de lasers.
Qu'est-ce que la découpe plasma ?
Découpe au plasma est le processus de séparation de feuilles métalliques par un flux chaud de gaz ionisés. Une étincelle électrique fournit une chaleur intense aux gaz comprimés (air, hydrogène ou argon) qui excite les atomes pour les faire bouger. Ensuite, la collision continue des molécules provoque leur séparation des gaz, appelée plasma, à plus de 20000 XNUMX °C.
Dans une configuration industrielle, une machine de découpe plasma CNC guide le flux de plasma pour réaliser des coupes complexes, qui chauffent, font fondre et érodent le matériau avec précision. Vous pouvez couper des métaux d'une épaisseur allant jusqu'à 1.5 pouce, voire plus dans le contexte d'une découpe plasma par rapport à une découpe laser.
Comment fonctionne la découpe plasma ?
Les torches à plasma sont l'appareil clé de ce procédé. Elles se composent de plusieurs éléments, dont une électrode, une alimentation en gaz, une buse et un gaz de protection. L'électrode déclenche un arc électrique dans un gaz comprimé (air ou gaz inertes), puis la buse dirige le jet de plasma formé vers la pièce à usiner.
Lorsque le jet de plasma interagit avec la surface de travail, il provoque un échauffement localisé et fait fondre le matériau. En même temps, le jet à grande vitesse évacue également le matériau en fusion de la découpe.
Types de coupeurs de plasma
Les systèmes de découpe plasma peuvent être équipés de différents types de découpeurs pour travailler sur la table. Les découpeurs plasma à air, à oxygène, HD et CNC en sont quelques exemples courants.
- Découpeur plasma à air : Il utilise l'air comme milieu laser, idéal pour les pièces de petite taille ou les séries à faible volume.
- Découpeur plasma à oxygène : Le plasma issu de l’ionisation des molécules d’oxygène offre des capacités de coupe beaucoup plus précises et complexes que l’air.
- Coupeur de plasma CNC : Le contrôle CNC du trajet de frappe permet des coupes précises et uniformes. La plupart des industries utilisent ce type de découpeur plasma automatique pour des résultats de haute qualité.
Principales différences entre la découpe laser et la découpe plasma
Les aspects clés à discuter des différences entre la découpe laser et la découpe plasma sont la source d'alimentation, la compatibilité des matériaux, la vitesse, l'épaisseur et les dépenses.
Précision et exactitude de la coupe
La précision est l'une des principales différences entre la découpe laser et la découpe plasma. Le laser est plus concentré que le flux plasma, ce qui permet un positionnement précis dans des zones étroites. Il peut découper des contours cohérents avec des tolérances serrées, des bords nets sans bavures. En revanche, le plasma est moins précis et produit également plus de saignée. Vous pouvez atteindre des tolérances allant jusqu'à ± 0.030 mm avec la découpe laser, alors qu'elles sont de ± 0.1 mm pour les découpes plasma.
Rapidité et Efficacité
La comparaison de la vitesse de découpe entre un découpeur plasma et un découpeur laser dépend de l'épaisseur. Le laser est presque deux fois plus rapide que le plasma pour les tôles plus fines (< 1.25 mm), tandis que le plasma excelle dans la découpe de tôles plus épaisses. Par la suite, la vitesse varie également en fonction de la puissance de la source et du type de matériau à découper. Par exemple, un laser de 200 W peut couper de l'acier doux de 3 mm d'épaisseur à une vitesse allant jusqu'à 10 m/min.
De plus, les machines laser sont économes en énergie et consomment moins d’énergie que la création de plasma.
Matériel
Les systèmes de découpe laser sont compatibles avec divers types de matériaux, notamment l'acier, l'aluminium, le cuivre, l'acrylique, les thermodurcissables, les caoutchoucs et le bois. En revanche, le plasma ne fonctionne qu'avec des métaux conducteurs. L'arc plasma a besoin d'un circuit pour circuler, ce qui est complété lorsque le matériau conducteur agit comme la « terre » dans le circuit électrique.
Bien que le laser offre une large gamme de matériaux, certains présentent des risques opérationnels et environnementaux. Par exemple, le PVC produit des fumées toxiques. De plus, le type de laser que vous utilisez affecte également la compatibilité du matériau.
Finition de surface
Les surfaces métalliques découpées au laser sont lisses et sans bavures, même pour les coupes étroites et les motifs complexes. Les bords sont également nets et propres. Ainsi, les besoins de post-traitement pour la découpe sont nuls ou minimes. En revanche, le plasma laisse des scories et des bords plus rugueux avec des bavures, qui nécessitent un meulage, un grenaillage et d'autres actions de post-traitement.
De plus, le type de matériau, l'épaisseur et le type de laser influencent la valeur exacte de la rugosité (Ra), généralement de 0.8 à 6 µm. Le plasma peut produire des coupes avec une meilleure finition de surface que le laser à fibre dans certains cas.
Coûts et dépenses opérationnelles
Les découpeuses plasma CNC sont économiques à installer et coûtent entre 10,000 100,000 et 50,000 500,000 dollars. En revanche, la configuration complexe et l'équipement avancé des lasers les rendent plus onéreux, entre XNUMX XNUMX et XNUMX XNUMX dollars. Par conséquent, les coûts d'exploitation sont également légèrement plus élevés pour les systèmes laser que pour les systèmes plasma.
« Le coût global de la découpe laser ou plasma de votre projet dépend de la complexité de la conception, de la précision souhaitée et de la compétitivité du marché. En Chine, il est de 15 à 20 dollars par heure, soit nettement moins qu'aux États-Unis et en Europe. »
Epaisseur de coupe
Si l'on compare les capacités de découpe laser et plasma en termes d'épaisseur, le jet plasma est très efficace pour les matériaux plus épais, jusqu'à 50 mm. En revanche, le laser est limité à 25 mm. De plus, l'épaisseur dépend également du matériau que vous découpez.
Applications
La découpe plasma est très appréciée dans les industries lourdes comme la construction navale et la construction pour sa rapidité et son épaisseur. Par exemple, les poutres structurelles, les pièces de bateau, les machines agricoles, les composants pétroliers et gaziers, etc.
La découpe laser est largement utilisée dans les domaines exigeant une précision telle que l'électronique, l'aérospatiale, l'automobile et la bijouterie. Par exemple, les micro-composants dans les puces, les panneaux de carrosserie, les cellules d'avion, etc.
Avantages et inconvénients de la découpe laser
Voici les principaux avantages et inconvénients de la découpe laser :
Avantages de la découpe laser
- Automatisation et précision : Le laser CNC réalise des conceptions complexes avec des détails mineurs, en maintenant des tolérances strictes. Cela est possible grâce au contrôle numérique de la frappe avec des codes G & M dans le bon chemin.
- Coupes nettes et sans bavures : Les coins et les bords découpés au laser sont nets et nets.
- Polyvalence des matériaux : Il peut couper le métal, les plastiques, les tissus, les composites et de nombreux autres matériaux.
- Rapidité et efficacité : Il n'est pas nécessaire de rééquiper ou d'ajuster les machines pour les adapter aux changements de conception. De plus, les lasers produisent moins de gaspillage de matériaux, consomment moins d'électricité et offrent une bonne vitesse.
- Pas de durcissement par écrouissage : La coupe sans cisaillement élimine le risque d'écrouissage à proximité de la zone de coupe.
Inconvénients de la découpe laser
- Limitation d'épaisseur : Les procédés de découpe laser ne permettent pas de couper des tôles de plus de 25 ou 30 mm d'épaisseur, même pour les machines de grande puissance.
- Un défi pour les métaux réfléchissants : Les matériaux avec des surfaces réfléchissantes comme le cuivre, le laiton et l’argent sont difficiles à couper car leur surface réfléchit partiellement le faisceau.
- Coût élevé: Les coûts d'installation et d'exploitation sont plus élevés que ceux des autres méthodes de découpe, ce qui peut s'avérer irréalisable pour les projets où une précision élevée et une surface lisse ne sont pas nécessaires aux performances.
Avantages et inconvénients de la découpe plasma
Voici les principaux avantages et inconvénients de la découpe plasma :
Avantages de la découpe plasma
- Découpe de matériaux plus épais:La torche plasma guidée par le système CNC permet une découpe plus rapide et plus efficace des travaux de matériaux épais, jusqu'à 150 mm pour certains matériaux.
- Coût-avantage : La découpe plasma est rentable pour les travaux simples et intensifs.
- Sécurité opérationnelle : Il ne s’agit pas d’un mécanisme de découpe à base d’oxygène, il utilise un gaz inerte pour obtenir un jet de plasma à l’intérieur de la torche, offrant une sécurité maximale.
- Découpe de métaux réfléchissants : Contrairement au laser, il fonctionne très bien avec les métaux ayant des surfaces réfléchissantes comme l’argent.
Inconvénients de la découpe au plasma
- Métaux conducteurs uniquement : Il est uniquement compatible avec les matériaux conducteurs d'électricité, les métaux et les alliages.
- Risque de dommages thermiques : Dans une comparaison entre la découpe laser et la découpe plasma, le plasma produit une grande zone affectée par la chaleur, ce qui peut endommager les propriétés thermiques d'origine du matériau de travail.
- Mauvaise finition de surface : Le flux de plasma laisse des bavures et des entailles, provoquant des coupes de métal plus grossières.
Choisir la bonne méthode de coupe pour votre projet
Choisir entre une découpeuse plasma ou laser pour votre projet nécessite de prendre en compte différents facteurs, de la complexité de la conception aux contraintes budgétaires. De plus, votre matériau de travail et vos exigences finales guident la sélection.
Voici quatre considérations principales pour choisir la bonne méthode parmi elles :
Matériel de travail
Quel type de tôle ou de pièce allez-vous découper ? Est-elle conductrice ou non conductrice ? Si elle est non conductrice, le plasma est incompatible, choisissez directement le laser. Même si vous êtes sûr du laser, vérifiez la compatibilité de votre matériau avec le type de laser disponible (CO2, fibre et cristal).
Épaisseur et taille
Si votre conception comporte des sections plus épaisses de plus de 30 mm, choisissez la découpe plasma. Sinon, vérifiez la vitesse des deux techniques pour l'épaisseur spécifiée. Les pièces de petite taille conviennent à la découpe laser qui forme de petites zones affectées par la chaleur.
Précision et budget souhaités
Les coûts augmentent souvent de manière significative lorsque les tolérances sont plus strictes. Il faut donc les optimiser en fonction des coûts. Ensuite, vérifiez ce qui est le plus susceptible de correspondre à votre budget sans sacrifier la précision et l'exactitude souhaitées.
Complexité de la conception
Les découpes complexes et précises ne sont réalisables qu'avec les machines de découpe laser CNC. Elles sont le bon choix pour les conceptions contenant des micro-profils, des angles vifs, des petits rayons (<1 mm), des gravures, etc.
Quand utiliser la découpe laser ou la découpe plasma ?
Le tableau ci-dessous décrit les scénarios dans lesquels la découpe laser et plasma sont les meilleurs choix pour votre projet.
| Les scénarios | Découpe laser | Découpe plasma |
| Matériaux non conducteurs | ✅ | ❌ |
| Matériaux conducteurs | ✅ | ✅ |
| Métaux réfléchissants | ❌ | ✅ |
| Matériaux épais (>30mm) | ❌ | ✅ |
| Matériaux minces (<10mm) | ✅ | ✅ |
| Coupes de précision | ✅ | ❌ |
| Conceptions complexes | ✅ | ❌ |
| Installation économique | ❌ | ✅ |
| Réduction des coûts d'exploitation | ✅ | ❌ |
| Systèmes portables | ❌ | ✅ |
| Distorsion thermique minimale | ✅ | ❌ |
Pour aller plus loin
Outre les différences entre la découpe laser et la découpe plasma sur de nombreux aspects, ces deux techniques sont toutes deux précieuses dans les projets de fabrication de métaux. De plus, le choix dépend des exigences spécifiques de votre projet, notamment du type de matériau, de la précision souhaitée et du budget. Vous pouvez analyser les résultats attendus de chaque méthode et le coût correspondant.
Si vous n'êtes toujours pas sûr de celui à choisir, consultez des experts du secteur. RapidDirectt, nous fournissons non seulement des services professionnels Laser CNC et Services de découpe plasma, mais nos ingénieurs consultent également sur l’optimisation de la conception, l’analyse des coûts et les avantages comparatifs de chaque méthode avant de passer à la phase de production.
FAQs
La découpe plasma est plus abordable que la découpe laser en raison de la simplicité des équipements de formation et de découpe plasma. Cependant, la précision du laser justifie le prix si elle est nécessaire pour la fonctionnalité ou les performances.
Les deux peuvent couper des métaux conducteurs, mais ils diffèrent en termes de portée et de qualité. Le laser CO2, le laser à fibre ou le découpeur plasma ont leurs propres préférences. Le laser est efficace pour l'acier doux, l'acier inoxydable, l'aluminium et certains matériaux non métalliques. En revanche, le plasma coupe l'acier, l'acier inoxydable, etc.
Les découpeurs laser coupent généralement jusqu'à 30 mm (~1"), tandis que le plasma est confortable jusqu'à 50 mm (~2") et certaines machines à plasma à haute teneur en poudre peuvent aller jusqu'à 100 mm ou même plus.
