Découpe et gravure laser

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En principe, le ou les auteurs en question devraient bientôt présenter une meilleure version.

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par Lydie BOUFFLERS

Introduction

LASER signifie amplification de la lumière par émission stimulée de radiation:

L Light

A Amplification

S by Stimulated

E Emission

R of Radiation

Schéma explicatif

Concrètement, le faisceau laser est généré dans la source laser puis est dirigé vers un miroir situé dans la tête de découpe de la machine. Ce faisceau est concentré à très forte puissance sur un petit diamètre au moyen d'une lentille qui le dirige vers le matériau à découper. Quand le faisceau laser entre en contact avec le matériau, il fait fondre la matière (pour graver ou pour découper) en se déplaçant dans deux directions (sur les axes X et Y).

Il existe trois principaux types de lasers :

• les lasers CO2 (majorité des lasers sur le marché). Le laser CO2 utilise un mélange gazeux pour produire le faisceau laser (cf. image ci-contre),
• les lasers YAG (ou Grenat d'Yttrium et d'Aluminium). Le faisceau laser est produit par l'excitation d'un cristal de synthèse par un courant électrique ou une source lumineuse.
• les lasers à fibres optiques (développement le plus récent en matière de découpe laser). Le faisceau laser est généré dans une fibre active et acheminé au moyen d’une fibre de transport vers la tête de découpe de la machine.

A TECFA, on utilise la Trotec Speedy 100R

Pour la découpe et la gravure laser, plusieurs types de matériaux peuvent être utilisés. Les plus couramment utilisés sont le contreplaqué, l'acrylique, le carton, le MDF, le plexi. Pour la Speedy 100R, les réglages pour ces différents matériaux sont accessibles sous Trotec Speedy 100 R - 7.4-Material settings table

A noter que la coupe laissera une trace de suie pour la grande majorité des matériaux comme le bois et le carton (mais pas l’acrylique).

Mise en garde

Une découpeuse laser peut-être dangereuse

Les vapeurs toxiques peuvent vous rendre malade (et pire)

Les faisceaux laser (qui sont invisibles) peuvent vous rendre aveugle. Les tubes laser cassés peuvent donc être extrêmement dangereux.

Précautions

La machine doit :

Etre pourvue de protections,

Etre doté d'un système de filtrage d'air.

Etre conforme aux règlements pour les faisceaux laser.

Le matériau utilisé pour la découpe / gravure :

Ne doit pas être toxique. Par exemple, éviter strictement tout ce qui inclut le chlore, PVC. Éviter d'inhaler les fumées du bois composite, comme le MDF.

Plan de maintenance (machine Trotec)

Tableau de maintenance

	Tous les jours	Toutes les semaines	Tous les mois	Tous les ans
Laser
Lentilles, Miroirs	Vérifier le nettoyage si nécessaire
Table de gravure et règles	A nettoyer
Couvercle du tube laser et du boîtier			A nettoyer
Zone de travail complète			A nettoyer
Système d'échappement
Sac de filtration	Nettoyer selon les instructions du manuel technique de la machine
Lit de filtration
Filtres à particules
Filtre à charbon actif

La découpe laser

Principe de la découpe laser

Le principe du laser (i.e de la création du faisceau laser) est de concentrer une quantité importante d'énergie sur une très faible surface (au moyen d'une lentille) permettant la découpe de matière. Le faisceau entre en contact avec la matière (bois, plastique...) et la fait fondre.

ATTENTION : comme nous l'avons dit précédemment, le laser peut découper plusieurs types de matériaux; il est donc essentiel que les paramètres (puissance du laser...) de la machine laser soient adaptés au type de matériaux utilisé (voir : Trotec 100 R Material settings table car la mauvaise utilisation de la machine peut être potentiellement dangereuse.

Schéma d'une tête de découpe laser CO₂

Illustration en vidéo

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Fonctionnement de la machine de découpe laser

Une machine de découpe laser permet de graver et/ou découper tous les matériaux (cf. Trotec Speedy 100R, section material settings table et notes on materials).

Comment cela fonctionne t'il concrètement "dans" la machine ?

Le parcours du faisceau "dans la machine"

Voici une illustration du parcours du faisceau dans la machine :

Le faisceau parcours 5 segments :

• Le laser se dirige vers le miroir arrière (# 1)
• Puis, du miroir arrière (# 1) vers un 2e miroir (# 2) (le miroir portique) NOM A VERIFIER
• Puis du 2e miroir (# 2) vers le miroir de tête (# 3)
• Puis du miroir de tête (# 3) à la lentille de focalisation
• Enfin, de la lentille de focalisation au matériau à découper.

Le processus de découpe

Il s'agit d'une découpe vectorielle :

Les chemins de découpe sont des lignes vectorielles ou des arcs de cercle; la tête du laser se déplace le long de ces lignes par un mouvement lent des axes "X" et "Y".

Résultats sur le matériau

Ainsi, lors de la focalisation du laser sur le matériau, il peut :

• Fondre
• Brûler
• Se vaporiser

Pour ces 3 opérations, il convient de régler les paramètres de la machine, notamment :

• la puissance (en%)
• la vitesse

Pour les réglages, se référer à l'article Trotec Speedy 100R ou au manuel d'instruction de la machine Speedy 100R manual.

Cependant, retenez que : plus la puissance est faible, plus la découpe sera nette mais plus le temps de découpe sera long... tout est une question de compromis !

Procédure pour la découpe laser

Ci-après, vous trouverez un descriptif des étapes à suivre pour découper avec la machine laser.

Ce paragraphe a été rédigé à partir de la procédure de Découpe Laser - Guide des procédures pour l'étudiant et concerne les machines TROTEC SPEEDY, notamment la TROTEC SPEEDY 300 (pour rappel, à TECFA, nous utilisons la machine TROTEC SPEEDY 100R et il se peut que certaines sous-étapes soient légèrement différentes).

Etape 1 : Préparation de la machine avant la découpe

1.1_Allumer la machine (interrupteur derrière la machine);

1.2_Vérifier que le capot de la machine est bien fermé (sans cela, la machine ne pourra terminer son initialisation);

1.3_Attendre le signal sonore qui confirme que la machine est prête;

1.4_Placer la pièce à découper dans le coin supérieur gauche (point 0,0) ;

1.5_Installer le guide sur la tête du laser ;

1.6_Monter le plateau (flèches sur le tableau de commande de la découpeuse laser) jusqu’à ce le guide touche légèrement à la surface de la pièce ;

1.7_Retirer le guide;

1.8_Déplacer la tête du laser au point 0,0 (flèches du tableau de commande).

Etape 2 : Préparation du fichier

Après avoir préparer votre fichier avec le logiciel de votre choix comme, par exemple :

• Libre Office Draw (consulter LibreOffice Draw pour la découpe et la gravure laser)
• Inkscape (consulter la page Inkscape pour la découpe et la gravure laser)
• Illustrator (consulter la page Illustrator pour la découpe et la gravure laser)

Lorsque votre fichier est prêt:

2.1_Ouvrir votre fichier

2.2_Cliquer sur la commande « print »

2.3_Sélectionner l'imprimante "Trotec" (dans le cadre de TECFA ou le nom de la machine de découpe / gravure).

2.4_Ajuster la taille du dessin aux dimensions du matériau dans "propriétés" puis cliquer sur ajuster la taille aux dimensions de votre matériau et cliquer sur Job Control (JC);

2.5_Vérifier que le mode de découpe est à VECTOR (A VERIFIER s'il s'agit du même paramètre sur TROTEC100R) ;

2.6_S’assurer que l’échelle est à 1 : 1 ;

2.7_Sélectionner « Window » et cliquer sur SET. Puis, déplacer la fenêtre (qui est de la taille que vous avez mentionné l’étape 2.4) à l’endroit approprié en cliquant au centre du rectangle et en tenant enfoncé. Puis, Appuyer sur « Enter » ;

2.8_Cliquer sur imprimer

Etape 3 : Préparation du fichier dans JobControl

3.1_Etablir la connexion avec la machine en cliquant sur le logo USB ;

3.2_Attendre le signal sonore indiquant que machine ET ordinateur communiquent;

3.3_Glisser le "job" que vous souhaitez (menu de droite) vers l’espace de travail. Votre job apparaîtra sous forme d'un rectangle noir;

3.4_Aligner le coin du matériau sur le laser ;

3.5_Aller dans "Programmation" > "Configuration des matériaux" et choisir le matériau approprié. Cliquer sur OK;

3.6_En bas à gauche, vous pourrez mettre à jour l’estimation du temps de découpe > cliquer sur "mettre à jour"; (A VERIFIER LE NOM DE CETTE TOUCHE)

3.7_Cliquer sur l’icône de l’œil pour un aperçu de la tâche: vous verrez apparaître vos lignes de découpe, et gravure de la couleur appropriée.

Etape 4 : Lancement de la découpe et surveillance

4.1_Lancer l'impression en cliquant sur "Play";

4.2_Surveiller la découpe tout au long du travail de la machine (Attention, ceci est différent pour la gravure car le laser peut abîmer vos yeux !)

La gravure laser

Principes de la gravure laser

Le gravure laser consiste à enlever une fine couche de matière. Lors de la gravure, l'intensité du rayonnement laser fait fondre ou s'évaporer le matériau (il est "usé" par le laser). On parle de "gravure" laser car le marquage est définitif.

L'utilisation de la gravure laser permet le marquage de précision :

• De tous les matériaux : carton, MDF, bois, plexi etc.
• Dans toutes les formes: carré, circulaire, convexes, concaves ou toute autre forme.
• De tous les caractères : chiffre, lettre, dessin, logo, sigles etc.

ATTENTION : ne jamais regarder le faisceau lumineux directement ! Il y a un risque pour vos yeux !

Illustration animée du principe de gravure laser

Fonctionnement de machine de gravure laser

Manuel Trotec p.6

Applications d'une machine de gravure laser

Procédure pour la gravure laser : http://media.wix.com/ugd/0913b1_be61314f521c4e83a18e7508e2d4d4cb.pdf

Avantages et inconvénients de la gravure laser

Règles de conception de la gravure laser

Mise en application ou avantages / inconvénients machine laser

Préparation du fichier

Etapes de découpe et de gravure

Machine Trotec

OU

POurquoi se servir d'une machine à graver laser ?

Ressources

• Tutoriels Sculpteo (en Anglais)