Matériaux pour la découpe et la gravure laser

Guide découpe et gravure laser
◀▬▬▶
⚐ finalisé	☸ débutant
⚒ 2021/02/16

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 Universal 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 endommagent 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 endommagent 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 !!! En plus, il est légèrement toxique.
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 machines 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 qualités 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 variantes 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

Le bois de sapin (e.g. caisses à vin (ep. 7mm)) se découpe particulièrement bien. Non seulement, il est facile à découper en deux passages, mais il a aussi l'avantage de sentir bien moins mauvais que du MDF ou du contreplaqué (voir points suivants). De plus, celui-ci produit très peu de déchets de coupe, comparé aux deux autres.

Pour ce qui est des fournisseurs, on en trouve chez Troctec au format 300x100x5mm, dans les essences telles que : érable, chêne, aulne, cerisier, noix. D'autres grossistes tels que Hornbach, Bauhaus, mais aussi les magasins de bricolages en proposent sous différents formats avec des bois provenant parfois même de la région.

Bois d'ingénierie (composite)

Plusieurs variantes de bois composites sont populaires, puisque ceux-ci sont bon marché et stables. Cependant, ils contiennent de la colle et d'autres composants qui rendent leur découpe plus difficile que du bois massif (non résineux). De plus, les composés de colle peuvent représenter un risque pour la santé comme mentionné dans le cadre du MDF.

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 nocives, car cancérogènes. Le MDF était le matériel le plus populaire dans les Fab Labs, car stable, solide et pas cher. Cependant, plusieurs Fab Labs décident maintenant de s'orienter vers de nouvelles solutions. Il existe cependant une solution de MDF sans adjonction de formaldéhyde, autrement appelé NAF pour No-Added Formaldehyde. C’est actuellement la norme la plus élevé d’émission en formaldéhyde. Les marques déposées Topan®, Innovus®, Agepan® de l'entreprise TAFIBRA Suisse SA en sont un exemple. La fiche Trotec déclare leur MDF comme assez innocent.

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 conserve les principales problématiques du MDF, même s'il se découpe sans trop de difficultés à la laser.

Contreplaqué

Le contreplaqué comprend au moins trois couches de bois tournées. Les planches de contreplaqué peuvent être moins chères à produire que le bois mais seront dans ce cas plus sensibles aux variations de l'environnement. Le contreplaqué est un matériau obtenu à partir de fines couches de bois ou "plis" qui sont collés ensemble. Les couches sont successivement tournées de 90°, afin de garantir que les veines soient aussi bien dans le sens horizontal que vertical. Cette manière de construire le contreplaqué peut lui conférer des caractéristiques mécaniques supérieures aux composites (e.g. bois de coffrage).

Il existe un ensemble de variétés de contreplaqué, en voici les principales (cf. aussi bois.com):

• le contreplaqué de bois tendre, utilisé pour mobilier cintré, moulage, modelage, bricolage, etc. ;
• le contreplaqué de bois dur, 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'aviation (ou grande légèreté), habituellement utilisé pour la fabrication d'ULM, modélisme, instruments de musique.

Pour la découpe au laser il y a trois défis :

• éviter les défauts (par exemple, les nœuds) des couches intérieures ;
• puissance de découpe. Le contreplaqué de bonne qualité (par exemple, marine okourné ou bouleau) sont plus difficile à découper que les composites ;
• gérer la question des colles.

En général, plus il y a de couches plus grande est la qualité, car les nervures se recoupent et diminuent l'influence des noeuds. Comme l'indique le nervous system blog, de multiples couches impliquent une augmentation du risque de nœuds, de la quantité de colle, etc. D'autant plus que certains fabricants ajoutent des paillettes de métal dans la colle afin d'identifier leur production, ce qui rend ces contreplaqués totalement inadaptés à la découpe au laser CO2. Il existe des compagnies qui vendent du contreplaqué conçu spécifiquement pour l'utilisation d'un laser CO2.

Élastomères (polymères souples) et polymères expansés

Divers polymères souples et/ou expansés peuvent être découpés, mais ils ont tendance à fondre, voire à dégazer. Des précautions particulières doivent être prises (e.g. ventilation en marche et nettoyage des lentilles après chaque utilisation). Il faut également strictement éviter tout ce qui contient du chlore (voir chapitre des matériaux à prohiber).

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.

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.

Comme dit dans la section des matériaux à prohiber, le Polystyrène expansé (PSE) - connu sous les noms de marques : PS, Hostyren®, Vestyron®, Styropor®, Hostapor®, Vestypor®, SMART-X®, Elmer's - et le Polyéthylène, sont très inflammables, à éviter donc, ou tout au plus ne pas découper de fortes épaisseurs. Ce type de produit pourrait, dans ce cas, faire l'affaire : DTFB Dollar Tree Foam Board (3/16" polystyrene foam core).

Textiles

Les fibres dites « naturelles » comme le feutre, le chanvre ou le coton se découpent bien. Il y a un effet soudure qui va arrêter les bords.

Attention : Il y a un risque que la tête d'impression accroche le textile flottant et déplace le tout. Afin d'éviter cela, il faut s'assurer que le tissu soit parfaitement lisse. Il est par exemple possible de l'envelopper autour d'une plaque de métal ou, encore mieux, de le maintenir en place avec du scotch double-face.

Certaines fibres synthétiques donnent également de bons résultats, mais il faut être extrêmement vigilent (en particulier, encore une fois, ne jamais utiliser de PVC, vynil ou simili-cuir - voir chapitre matériaux à prohiber). On sera donc prudents avec les textiles sans étiquette.

La gravure est un plus compliquée mais tout à fait possible. Graver des matériaux polaires fonctionne le mieux. Les réglages doivent être ajustés, mais le rendu final est très intéressant et surtout pérenne dans le temps.

Liens

• Trotec online shop (Trotec Suisse)

• Matières à graver (online shop, Trotec France)