Matériaux pour la découpe et la gravure laser

Matériaux à prohiber

Une machine laser CO2 peut découper ou graver une grande variété de matériaux (par exemple certains plastiques, le bois, le carton, les textiles, le liège, etc.). Cependant, toutes les précautions doivent être prises, afin d'éviter des dommages irrémédiables (lire l'introduction de Univeral Laser Cutter Tutorial (MIT)).

Il convient notamment de ne jamais découper les matériaux suivants :

Matériau	Désignation	DANGER !	Cause
MDF	Panneau de fibres à densité moyenne (medium-density fibreboard)	Produit des émanations cancérogènes	La résine employée dans le MDF est composée à hauteur de ~10% de colle urée-formaldéhyde (urea-formaldehyde resin glue). En 2004, l'International Agency for Research on Cancer (IARC), a passé le MDF de "probablement cancérogène" à "cancérogène reconnu" associé au cancer du sinus, du nasopharynx, et éventuellement de la leucémie.
PVC	Polychlorure de Vynil	Emet un gaz chloré	Les émanations endommage gravement les optiques de la machine, engendre une corrosion accrue de la machine et ruine les axes de celle-ci. En outre vos poumons peuvent être gravement atteint, sans ventilation cela peut même être fatal.
	Cuir synthétique	Emet un gaz chloré	Les émanations endommage gravement les optiques de la machine, engendre une corrosion accrue de la machine et ruine les axes de celle-ci. En outre vos poumons peuvent être gravement atteint, sans ventilation cela peut même être fatal.
GFRP	Fibre de verre (glass-fiber reinforced plastic)	Emet des dégagements nocifs	C'est un matériau composé de deux matériaux non découpable, le verre (gravage uniquement avec poussière nocive) et la résine époxy (dégagement de fumées).
CF	Fibre de carbone (carbon fibers)	Emet des dégagements nocifs	Ce matériau seul - sans résine - peut être découpé avec un certain effilochage de la fibre et dégagement de particules particulièrement nocives. Une fois recouvert de résine époxy la découpe n'est plus possible.
PTFE	Polytétrafluoroéthylène (Teflon)	Emet des dégagements nocifs	Lorsque le PTFE est chauffé au-delà de 450°C, la pyrolyse peut causer des dégâts aux poumons (sensation de contraction thoracique), mais surtout un état assimilé à de la fièvre. Celle-ci apparait en règle générale 4 à 8 heures après exposition à la pyrolyse du PTFE.
PSE	Polystyrène expansé	Prend feu	Il prend feu sous la forme expansée, seules les plaques de faible épaisseur sont découpables. Ce matériau est la première cause de départ de feu dans les machines laser !!!
PPE	Polypropylène expansé	Prend feu	Tout comme le PSE, il prend feu sous la forme expansée.
PE-HD	Polyéthylène Haute Densité (bouteilles de lait)	Fond et prend feu	Il fond, tout simplement à éviter.
PC	Polycarbonate (Lexan)	Ep.>1mm se découpe très mal, prend feu	Les vitres de protection des machine Laser sont souvent réalisées en PC, car ce dernier absorbe particulièrement bien l'infrarouge (spectre Laser CO2). Fréquence à laquelle le laser découpe les matériaux, il est donc particulièrement inefficace dans le découpage du polycarbonate.
ABS	Acrylonitrile Butadiène Styrène	Fond	L'ABS ne se coupe pas très bien dans une découpeuse laser. En effet, ce dernier aura plutôt tendance à fondre plutôt qu'à se vaporiser, ce qui fait qu'il aura tendance à prendre feu tout en laissant un dépôt de matière fondue au passage du faisceau.

Source :

• Laser Cutter Materials (Hackerspace)

Polyoxyméthylène (POM)

Surtout connu sous le nom commercial "Delrin" ou "Acetal", le POM est un thermoplastique technique. Il est reconnu pour ses qualité mécaniques : il est particulièrement résistant, et possède une excellente stabilité géométrique. Il s'agit d'un des plastiques les plus solides et il est assez facile à graver. La coupe peut nécessiter quelques finitions.

Sa forme naturelle est une sorte de blanc. Attention aux mélanges avec d'autres plastiques et certaines peintures.

Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)

Le PMMA se trouve sous plusieurs formes sur le marché. On notera notamment plusieurs variations dans la transmission de la lumière : du transparent - en remplacement du verre - à l'opaque. Le plastique à base d'acrylique se découpe relativement facilement.

Panneaux opaques

Les variante bicolores sont très appropriés pour créer toutes sorte de cartes, panneaux à visser sur les murs, etc.

Chez Trotec, ils sont vendus sous le nom "TroLase"

Verre acrylique (Plexiglas)

Le verre acrylique, mieux connu sous le nom de Plexiglas ou encore Plexi ou Perspex est vendu chez Trotec sous le nom "TroGlass". Il est préférable de placer la plaque sur quelques morceaux de bois plutôt que directement sur la grille (il y aura moins de réflexion pouvant endommager le plexi).

Il existe deux types de Plexiglas - moulé ou extrudé. Le Plexiglas moulé semble convenir le mieux.

Verre acrylique moulé

(Plexiglas GS)

• présente une meilleure surface
• permet une découpe plus précise
• devient blanc ou mat (opaque) après gravure, ce qui donne un meilleur contraste

Verre acrylique extrudé

(Plexiglas XT)

• est moins cher
• reste transparent
• ne se découpe pas aussi bien, parfois même mal.

En d'autres termes, le Plexiglas extrudé est moins cher, mais les résultats (de découpe comme de gravure) ne sont pas très bons.

Carton, papier cartonné et papier

Tous ces matériaux se découpent bien et se gravent plutôt bien.

Carton ondulé

Le carton ondulé est un très bon matériel de prototypage, puisque qu'il est facilement disponible (boîtes d'expédition, cartons de pizza, etc.). On le trouve en différents formats :

• Simple cannelure : ~3mm (épaisseur similaire à celle du plexi ou du contreplaqué)
• Double cannelures : ~7mm (idéal pour la réalisation de meubles en carton
• Triple cannelures : ~16mm (pour de lourdes charges ~500kg)

Il est important de d'utiliser une puissance adaptée pour découper et graver en un seul passage. En effet, il y a un risque important de départ de feu dans la machine. Dans tous les cas, une bonne ventilation est nécessaire.

Papier épais

Le papier épais pouvant être utilisé avec une imprimante laser ou jet d'encre, peut être gravé et découpé.

Bois

Bois massif

Nous avons eu de très bonnes expériences avec du bois de caisses à vin (7mm). C'est facile à découper avec deux passages, ça sent beaucoup moins mauvais qu'avec du MDF ou du contreplaqué (voir point suivant) et ça produit très peu de cendre, comparé à ces deux derniers.

Chez Troctec on peut acheter du bois au format 300x100x5mm: erable, chêne, aulne, cerisier, noix.

Le bois se découpe et se grave facilement. Par contre, on n'a pas trouvé des plaques larges de 5-7mm d'épaisseur.

Bois d'ingénierie (composite)

Diverses variantes de "bois d'ingénierie" sont des matériaux populaires dans le domaine de l'enseignement, puisqu'ils sont bon marché et stables. Cependant, ils contiennent de la colle et d'autres composants qui peuvent ne pas se découper aussi bien que du bois massif (non résineux). De plus, ces composants, suivant lesquels, peuvent représenter un risque pour la santé.

Panneau de fibres à densité moyenne (MDF)

Selon Wikepedia (en) (octobre 2016), "Le panneau de fibres à densité moyenne (ou MDF pour medium-density fibreboard) est un produit de bois d'ingénierie, réalisé en broyant des résidus de bois dur ou tendre dans des fibres de bois, souvent dans un défibreur, puis en le combinant avec de la cire et un liant de résine, et enfin en formant des panneaux en y appliquant une température et une pression élevées. Le MDF est généralement plus dense que le contreplaqué".

Il en existe plusieurs variantes. Toujours selon Wikipedia, le MDF est typiquement composé de 82% de fibres, 9% de colle de résine urée-formaldéhyde (urea-formaldehyde resin glue), 8% d'eau et 1% de paraffine. Sa densité est typiquement entre 500 kg/m³ et 1'000 kg/m³.

Les fumés sont plutôt nocifs. MDF était le matériel le plus populaire dans les fablabs, car stable, solide et pas cher.

Panneau de fibres à haute densité (HDF)

Le panneau de fibres à haute densité (ou HDF pour high-density fiberboard), également appelé "panneau de fibres dur" est, selon Wikipedia (en) (octobre 2016), similaire au panneau de particules ou au MDF, mais est plus dense et beaucoup plus résistant et dur car fabriqué de fibres de bois (exploded wood fibers) qui ont été hautement compressées. En conséquence, la densité du panneau en fibres dur est d'au moins 500kg/m³, mais est généralement entre 800-1040 kg/m³. Il est beaucoup utilisé dans l'industrie d'ameublement et de construction. Le HDF fonctionne bien avec les découpeuses laser.

Contreplaqué

Le contreplaqué comprend au moins trois couches de bois tournées. Les planches de contreplaqué sont moins chères à produire que le bois et gardent leur forme. Cependant, contrairement au bois, il est difficile de poncer du contreplaqué pour le rendre beau à nouveau, une fois qu'il a commencé à s'user. Selon Wikipedia (en) (octobre 2016), le contreplaqué est un matériau de feuilles (sheet material) produit à partir de fines couches, ou "plis" de bois qui sont collées ensemble, les couches adjacentes ayant les fils croisés à 90°.

Il en existe beaucoup de types différents, par exemple :

• le contreplaqué de bois tendre, utilisé pour la construction ;
• le contreplaqué de bois dur, fait de bois provenant d'angiospermes et utilisé pour des utilisations finales exigeantes. Le contreplaqué de bois dur se caractérise par son excellente résistance, sa rigidité et sa résistance au fluage (déformation irréversible) Wikipedia (en) ;
• le contreplaqué d'avion (ou de haute résistance), habituellement fait d'acajou et/ou de bouleau.

Pour la découpe au laser il y a trois défis :

• éviter les défauts (par exemple, les nœuds) des couches intérieures ;
• découper des planches plus larges en un seul passage (les petits lasers comme le nôtre ne peuvent pas faire ça) et éviter que ça "brûle" trop. Le contreplaqué de bonne qualité (par exemple, de bouleau) semble être difficile à découper (c'est beaucoup plus difficile que pour le bois de caisse à vin ou le MDF) ;
• gérer la question des colles (parfois) assez toxiques.

En général, plus il y a de couches plus grande est la qualité. Selon le nervous system blog, de multiples couches peuvent impliquer plus de risques qu'il y ait des "mauvais endroits" (nœuds, etc.) et contenir plus de colle, et donc ne sont pas mieux adaptées pour la découpe au laser. Par conséquent, ils ont décidé de faire fabriquer leur propre version à trois couche, à base de bois de haute qualité.

Il existe des compagnies qui vendent du contreplaqué conçu spécifiquement pour l'utilisation avec un laser.

Notre expérience à TECFA se limite à:

• bouleau 4mm (très solide, cher, difficile à couper sans bcp de brûlé) et 6mm (très difficile à couper). A la Migros une plaque de 600x300x4mm coûte environ 16CHF + le prix du découpage en deux.
• peuplier 3, 4 et 5mm (pas très solide, pas cher, facile à couper). Chez Trotec, le contreplaqué de peuplier 300x300x3mm coûte 2.30CHF.

Élastomères (polymères souples)

Diverses mousses peuvent être découpées, mais elles ont tendance à fondre et à produire des gaz un peu toxiques. Des précautions particulières doivent être prises (ventilation en marche) et les lentilles doivent être nettoyées après chaque tâche. Il faut également strictement éviter tout ce qui contient du PVC (voir plus bas).

Selon Trotec (octobre 2016), les mousses à base de polyester (PES), polyéthylène (PE) ou polyuréthane (PUR) ou Neopren® conviennent bien pour la découpe laser, la gravure au laser et le marquage au laser.

Polyester Le polyester est principalement utilisé pour les vêtements, mais un type de mousse semble aussi exister...

Polyuréthane (PU) C'est le genre de mousse qu'on peut trouver dans des emballages ou des matelas. Voici quelques noms de marques : PUR, PU, Cellasto®, Elastocoat®, Elastoflex®, Elastofoam®, Elastolit®, Elastopal®, Elastopan®, Elastopor®, Lupranol®, Baydur®, Bayfill®, Bayflex®, Baylit®, Baymer®, Baytherm®, Desmodur® (selon Eurolaser)

Il existe différentes densités (mesurées en kg/m³ et le matériel est plutôt bon marché. Plus le matériel est dense, plus il coûte cher.

Polystyrène (PS) Les mousses à base de polystyrène sont pour la plupart semi-rigides (utilisées dans les maquettes architecturales ou la publicité). Elles semblent être très inflammable. Voici quelques noms de marques : PS, Hostyren®, Vestyron®, Styropor®, Hostapor®, Vestypor®, SMART-X®, Elmer's. À titre d'exemple, les produit Elmer's sont vendus dans des boutiques de bricolage/artisanat en ligne (comme ici). Les mousses Elmer's sont probablement convenables à utiliser si vous avez un bon système de ventilation. Elles ne contiennent pas de chlore (voir la MSDS (Material Safety Data Sheet)).

Polyéthylène Semble beaucoup fondre.

(À classer) Adams DTFB

Textiles

Les fibres les plus "naturelles" comme le feutre, le chanvre ou le coton se découpent bien. Il y a une petit effet soudure qui va "seller" les bords.

Attention : Il y a un risque que la tête d'impression attrape un morceau de textile flottant et déplace le tout (souvenez-vous de l'impression 3D). Afin d'éviter cela, assurez-vous que le tissu soit très très lisse. Vous pouvez par exemple l'envelopper autour d'une plaque en métal ou, encore mieux, le maintenir en place avec du scotch double-face.

Certaines fibres synthétiques donnent également de bons résultats, mais soyez très prudents (en particulier, n'utilisez jamais du PVC/vinyle, dangereux). Très dangereux ! Cela endommagera à la fois le laser (les lentilles) et vos poumons. Vous devrez être particulièrement prudents avec les textiles sans étiquette.

La gravure est un peu plus compliquée. Graver des vestes polaires ou en feutrées fonctionne probablement le mieux. Pour celles-ci, essayez 100% (de puissance) et 100% de vitesse. Utiliser d'autres matériaux sans trop couper trop est difficile. On pourrait peut-être utiliser deux passages avec une puissance modérée ?

Quoi qu'il en soit, découper et graver des textiles est amusant, mais faites toujours un essai avec un même ou très similaire matériel avant de passer à vos tout nouveaux jeans...