La découpe laser est une méthode de découpe thermique qui utilise un faisceau laser focalisé de haute densité de puissance pour irradier la pièce. Le matériau irradié fond, se vaporise, s'ablate ou atteint son point d'inflammation rapidement. Simultanément, un flux d'air à grande vitesse, coaxial au faisceau laser, évacue le matériau en fusion, découpant ainsi la pièce.
Classification et caractéristiques de la découpe laser
La découpe laser peut être divisée en quatre types : découpe par vaporisation laser, découpe par fusion laser, découpe laser à l’oxygène et traçage laser et fracture contrôlée.
Découpe par vaporisation laser
Ce procédé utilise un faisceau laser à haute densité d'énergie pour chauffer la pièce, élevant rapidement sa température jusqu'à son point d'ébullition en un temps extrêmement court. Le matériau se vaporise alors. La vapeur est éjectée à grande vitesse, créant une découpe dans le matériau lors de son évacuation. La plupart des matériaux ayant une chaleur de vaporisation élevée, la découpe par vaporisation laser requiert une puissance et une densité de puissance importantes.
En découpe par fusion laser, le laser chauffe et fait fondre le matériau métallique. Un gaz non oxydant (tel que l'argon, l'hélium ou l'azote) est ensuite injecté par une buse coaxiale au faisceau laser. La haute pression du gaz expulse le métal en fusion, formant ainsi une découpe. Contrairement à la découpe par vaporisation, cette méthode ne nécessite pas la vaporisation complète du matériau et ne consomme qu'un dixième de l'énergie requise pour la découpe par vaporisation. Elle est principalement utilisée pour la découpe de métaux non oxydables ou réactifs, notamment l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et leurs alliages.
Découpe au laser à l'oxygène
Le principe de la découpe laser oxyacétylénique est similaire à celui de la découpe oxyacétylénique. Le laser sert de source de préchauffage, tandis que les gaz actifs (comme l'oxygène) constituent le gaz de coupe. D'une part, le gaz projeté réagit avec le métal à découper, déclenchant une réaction d'oxydation qui libère une importante quantité de chaleur. D'autre part, il expulse les oxydes et les métaux fondus de la zone de réaction, formant ainsi une découpe dans le métal. La réaction d'oxydation générant une chaleur considérable lors de la découpe, la découpe laser oxyacétylénique ne requiert que la moitié de l'énergie de la découpe par fusion, tout en offrant une vitesse de coupe bien supérieure à celle de la découpe par vaporisation et par fusion. Elle est principalement utilisée pour les métaux oxydables tels que l'acier au carbone, l'acier au titane et l'acier traité thermiquement.
Traçage laser et fracture contrôlée
Le traçage laser utilise un laser à haute densité d'énergie pour balayer la surface de matériaux fragiles et y créer une fine rainure. L'application d'une pression spécifique provoque ensuite la rupture du matériau le long de cette rainure. Les lasers à commutation Q et les lasers CO₂ sont couramment utilisés pour le traçage laser. La rupture contrôlée exploite la forte variation de température générée lors du traçage laser pour créer des contraintes thermiques localisées dans les matériaux fragiles, provoquant ainsi leur rupture le long de la rainure.
Applications de la découpe laser
La plupart des machines de découpe laser sont pilotées par des programmes de commande numérique (CN) ou configurées comme des robots de découpe. Méthode d'usinage de précision, la découpe laser permet de découper la quasi-totalité des matériaux, y compris les tôles fines en 2D ou 3D. Dans le secteur aérospatial, cette technologie est principalement utilisée pour la découpe de matériaux spéciaux tels que les alliages de titane, d'aluminium, de nickel, de chrome, l'acier inoxydable, l'oxyde de béryllium, les matériaux composites, les plastiques, la céramique et le quartz. Parmi les composants aérospatiaux usinés par découpe laser, on peut citer les tubes de flamme des moteurs, les carters en alliage de titane à parois minces, les structures d'aéronefs, les revêtements en alliage de titane, les longerons d'ailes, les panneaux d'empennage, les rotors principaux d'hélicoptères et les tuiles isolantes thermiques en céramique des navettes spatiales.
Date de publication : 8 décembre 2025
