Laser CO2 vs machine de marquage laser à fibre : avantages et inconvénients

Quoi de mieux, les machines de marquage laser à fibre ou le CO2 ? Ce sujet a été discuté dans la communauté manufacturière pendant de nombreuses années. Parce que les puristes du laser insistent sur le fait que le CO2 est la meilleure technologie, tandis que d’autres font pression pour de nouvelles innovations dans les machines de marquage laser à fibre qui insistent exactement sur le contraire. Qui a raison? Quelle technologie est supérieure?

La réponse réside dans le fait que de nombreux fabricants proposent à la fois la technologie laser à fibre et la technologie CO2 dans leurs gammes de produits mécaniques. En effet, il existe des différences significatives dans la technologie et les capacités, ainsi que dans leurs performances dans des matériaux, des épaisseurs et des applications spécifiques. Tout dépend du type de matériau que vous souhaitez couper.

Dans un article précédent, nous avons constaté que les découpeurs laser à fibre obtenaient plus de puissance pour la tête de découpe à partir du résonateur ou de l’alimentation. Cela se fait en n’ayant pas besoin de réfléchir le faisceau sur un miroir, puis de le recentrer à travers de nombreuses lentilles. Le faisceau reste focalisé sur la source. Les avantages des lasers CO2 sont leur flexibilité et leur type de matériau.

Laser Cutting Machine

Qu’est-ce qu’une machine de marquage laser à fibre ?

Un laser à fibre est simplement le terme désignant le système de livraison à fibre optique qui délivre un faisceau de lumière intense et amplifié à la tête de coupe d’une machine laser. Ce terme ne décrit pas le processus de création de la source lumineuse (qui est différent d’une résonance CO2). La livraison de faisceaux de fibres optiques a rendu la fabrication de lasers beaucoup plus facile et de nombreuses machines sont maintenant disponibles à des prix très bas.

Comment fonctionne une machine de marquage laser à fibre ?

La fibre optique prend la source lumineuse de la cavité résonnante de la machine de découpe laser et la transmet à sa tête de coupe contrôlée par CNC. Le laser est focalisé à travers une série de lentilles sur la surface du matériau par la tête de coupe. Il émet par l’extrémité le câble à fibre optique.

Laser Cutting Machine

Qu’est-ce qu’un laser CO2 ?

La méthode réelle de création d’un laser CO2 est le processus. Un résonateur soufflé à grande vitesse avec du gaz CO2 (turbine, soufflante) utilise une variété d’ions pour séparer les particules légères (généralement une excitation RF ou une excitation DC). Cela provoque la collision des particules de lumière, puis leur division à des intervalles plus grands.

Comment fonctionne un laser CO2 ?

Le résonateur CO2 émet suffisamment de lumière pour la transmettre d’une manière différente de la méthode à fibre optique. Le faisceau passe par un processus de réflexion, puis est recentré dans le « système de livraison de la voie du faisceau ». Celui-ci est purifié avec un « gaz inerte » pour s’assurer que le chemin est exempt de poussière et de débris qui pourraient interférer avec la transmission du laser. Après réflexion du laser sur les têtes de coupe, celui-ci est recentré pour émettre le faisceau de la même façon qu’une machine à fibre. Celui-ci utilise une série de lentilles pour recentrer le faisceau et un écran de gaz de coupe à grande vitesse pour nettoyer le chemin.

CO2 vs lasers à fibre : avantages et inconvénients de chacun

La technologie de gravure laser à fibre est une configuration monolithique, fibre à fibre, compacte à l’état solide qui coupe le métal plat. C’est le principal avantage. Le laser à fibre a des coûts d’exploitation inférieurs à ceux des lasers CO2 comparables. Les caractéristiques du faisceau laser à fibre permettent des vitesses de coupe plus rapides que le CO2. Les systèmes de découpe au laser à fibre sont capables de couper plus d’un pouce en utilisant un laser à fibre de puissance plus élevée et encore plus rapidement lorsque l’azote a été utilisé comme gaz auxiliaire.

Cependant, le meilleur endroit pour obtenir le plus grand avantage par rapport aux systèmes au CO2 est la plage de 1/2 pouce et inférieure. Il est clair que la technologie laser à fibre est le moyen le plus efficace et le plus rentable de travailler avec de l’acier inoxydable, du cuivre, de l’aluminium, du laiton ou du cuivre. Si vous coupez du bois, de l’acrylique ou du cuir, cette technologie est également disponible. Il est recommandé d’utiliser un laser CO2.

Avantages des lasers CO2

  1. Finition de surface : les lasers CO2 produisent généralement une meilleure qualité des bords sur les postes de travail en acier inoxydable et en aluminium.
  2. Flexibilité : les lasers CO2 offrent une flexibilité pour une gamme d’applications laser, y compris les non-métaux.
  3. Technologie connue : Parce que la technologie laser CO2 existe depuis plus de 30 ans, les résultats sont totalement prévisibles. Cela offre un bon niveau d’assurance pour l’utilisateur.

Inconvénients des lasers CO2

  1. Dépenses d’exploitation : Le coût du laser CO2 des miroirs, des soufflets et du gaz laser requis pour maintenir le système de distribution du trajet du faisceau propre et pur est supérieur de 70 % à la puissance consommée par les résonateurs et soufflantes CO2.
  2. Maintenance : Le système de livraison du trajet du faisceau nécessite une maintenance. Ceci est perturbateur pour la fabrication et très coûteux.
  3. Rapidité : Les lasers CO2 ne sont pas en mesure de rivaliser avec la fibre optique dans les matériaux fins. Par exemple, la vitesse de coupe recommandée pour un CO2 de 4KW dans de l’acier doux 16 GA utilisant du N2 comme gaz de coupe n’est que de 260 IPM, contre environ 1 417 IPM pour le même laser à fibre équipé, une différence significative.

Laser à fibre Avantage

  1. Coût d’investissement : Le prix de la technologie laser à semi-conducteurs diminue à mesure qu’elle devient plus populaire. Des machines de découpe laser à fibre domestique entièrement équipées peuvent être achetées à partir de 300 000 $
  2. Maintenance : L’absence de systèmes de transmission de faisceaux et leur utilisation intensive de miroirs, de soufflets et de lasers à fibre mouillés de gaz (en particulier les types de résonateurs à semi-conducteurs) réduisent considérablement la quantité de maintenance requise et les coûts associés à la maintenance.
  3. Vitesse : Dans la concurrence entre les lasers à fibre et les lasers CO2 pour les matériaux minces, il n’y a tout simplement pas de comparaison. Les fibres sont deux à trois fois plus rapides que les matériaux de jauge.
  4. Coûts d’exploitation : les lasers à fibre nécessitent environ 1/3 de la consommation d’énergie de leurs homologues au CO2 en raison des exigences d’alimentation et de refroidissement des résonateurs plus faibles. Ceci, associé à une coupe plus rapide et moins d’entretien, rend les lasers à fibre très rentables.

Inconvénients des lasers à fibre

  1. Traitement de matériaux épais : L’avantage des lasers CO2 pour le traitement de surface est leur capacité à traiter des matériaux plus épais, comme l’inox et l’aluminium. Bien que la technologie laser à fibre soit un avenir lointain, le CO2 reste le leader du marché dans ce domaine.
  2. Flexibilité globale : Le laser CO2 est plus flexible que les autres lasers et peut couper une plus grande variété de matériaux, en particulier les non-métaux. Les technologies à fibre optique peuvent couper le laiton et le cuivre dès la sortie de la boîte (les lasers CO2 avaient de grandes difficultés avec ces matériaux), mais leur utilisation est encore limitée, en particulier pour les applications non métalliques.
  3. Niveau technologie/confort : S’il y a des systèmes laser CO2 dans votre établissement, il est possible que vous voyiez initialement cette technologie comme le « diable que vous connaissez » et non le « diable que vous ne connaissez pas ».

Quels matériaux les lasers CO2 et les lasers à fibre peuvent-ils couper ?

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Produits de gravure laser CO2

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Produits de gravure laser à fibre

L’avantage des lasers CO2 est qu’ils peuvent fonctionner avec une large gamme de matériaux. Ils peuvent être utilisés avec des matériaux organiques (non métalliques). Les matériaux organiques sont des choses comme le bois, l’acrylique, le plastique, le caoutchouc, le cuir, etc. Les lasers à fibre sont principalement utilisés avec des métaux.
 
Cependant, les lasers CO2 ne peuvent pas être utilisés avec une variété de métaux. En effet, certains métaux sont par nature hautement réfléchissants. Par nature réfléchissante, je veux dire que ces métaux sont capables de réfléchir (reflex) la lumière/le laser. C’est comme pointer une lampe de poche vers un miroir et la lumière se reflétera sur vous. Les métaux tels que l’aluminium, le cuivre, l’or, le laiton et l’argent sont très réfléchissants. Si la lumière est réfléchie dans une machine laser, elle peut l’endommager et le laser CO2 coûte des milliers de dollars à réparer ! Assurez-vous donc de vérifier trois fois que la machine laser que vous achetez peut fonctionner avec le matériel dont vous avez besoin sans causer de dommages. Les machines laser CO2 ont un faisceau laser qui est facilement réfléchi par des métaux hautement réfléchissants. Les lasers à fibre ont un faisceau laser de fréquence beaucoup plus basse.
(En fait, presque tous les métaux sont par nature réfléchissants. C’est juste que certains métaux sont plus réfléchissants que d’autres.)
 
Les longueurs d’onde plus courtes des lasers à fibre peuvent bien fonctionner avec une variété de métaux, mais pas avec des matériaux organiques/non métalliques. Les machines à CO2 peuvent également être utilisées sur des matériaux organiques comme le bois et le plastique. Un graveur laser à fibre peut provoquer un incendie s’il est utilisé sur du bois. S’il doit être utilisé sur du plastique, il peut le faire fondre.
 
Un laser CO2 peut fonctionner avec du métal tant qu’il a suffisamment de puissance (watts). Vous avez besoin d’environ 25 à 150 watts pour graver quelque chose comme de l’acier et d’environ 300 watts pour le couper. Les lasers CO2 doivent également utiliser l’oxygène comme support pour couper ces métaux. Notez qu’il faut moins d’énergie (wattage) pour graver/marquer un matériau que pour le couper.
 
J’ai énuméré quelques matériaux qui peuvent être utilisés en combinaison avec des lasers à fibre et du CO2. Je vous recommande fortement de vérifier en ligne et auprès de l’entreprise auprès de laquelle vous achetez que la machine laser que vous achetez est compatible avec le matériau que vous souhaitez découper.
Matériaux avec lesquels les découpeurs laser CO2 peuvent être utilisés.
  1. Bois
  2. Fibre acrylique
  3. Brique
  4. Tissu
  5. Delrin
  6. Chiffon
  7. Cuir
  8. Marbre
  9. Conseil mat
  10. Mélamine
  11. Papier
  12. Film de polyester
  13. Carton pressé
  14. Caoutchouc
  15. Vernis à bois
  16. Fibres de verre
  17. Métal peint
  18. Tuile
  19. Plastique
  20. Liège
  21. corian
  22. Aluminium anodisé

Des lasers à fibre matérielle sont disponibles.

  1. Aluminium
  2. Tungstène
  3. Carbure
  4. Céramiques non semi-conductrices
  5. Alliages chromés
  6. Métal peint
  7. Fibres de verre
  8. Fibres de carbone
  9. Nickel
  10. Plastique
    Polymères
  11. Caoutchouc
  12. Argent
  13. Or
  14. Acier inoxydable

Quels sont les coûts d'achat et d'exploitation ?

Laser Cutting Machine
Laser Cutting Machine

When purchasing a laser machine, you need to know the total cost of ownership to see if you are making a wise investment. Total cost of ownership means the cost of the laser machine when you purchase it and the cost of operating and maintaining/repairing it over time.

Today, the initial/upfront cost of a fiber laser is higher than that of a CO2 laser. High-end fiber lasers typically start at $40,000. High-end CO2 machines typically start at $10,000. In general, fiber lasers are likely to cost more than CO2 machines with the same statistics and features (e.g., power (watts), size, speed, etc.).

The initial or up-front cost of a laser machine is only one part of the equation. It is important to also consider the costs of maintaining, operating, and repairing the laser machines. Some people make the mistake of looking at the initial price of the laser machine and forgetting to calculate the operating costs. Maintain and repair laser machines over time. Don’t make this mistake, especially if you are going to use the laser machine regularly.

Calculating the total cost of ownership

Typically, the overall cost of a CO2 laser is higher than that of a fiber laser over time. Here are some things to consider when calculating the total cost of a laser.

  1.  Consumables: CO2 lasers require a gas (such as oxygen or nitrogen) to operate, whereas fiber lasers do not. (Fiber lasers can use gas for better cut quality).
  2. Power Consumption: Fiber laser cutters consume about three times as much energy as CO2 lasers. This basically means that the fiber laser uses 3 times less power to cut the same thing.
  3. Parts maintenance/cleaning: CO2 lasers have parts such as mirrors, turbines and water tanks that need to be cleaned and repaired. If not, they can break down and cost you money in repairs. Therefore, make sure you remember to pay attention to the needs of your laser machine. It can save you a lot of money in the long run.
  4. Repair: CO2 laser parts are more likely to fail than fiber laser parts. It is estimated that it takes about 50,000 to 100,000 hours for a fiber laser machine to fail, while CO2 takes about 20,000 hours. Fiber laser cutters are what you would call solid-state machines (almost all in one piece). This means that they have no moving parts. Therefore, the likelihood of failure or non-functional operation is much lower.
  5. Lifespan: Every machine will eventually break down …… Generally speaking, high-end CO2 laser machines last about 10-15 years. Fibers can last twice as long if not more than three times as long.
N’oubliez pas de garder ces points à l’esprit lorsque vous essayez de calculer le coût du type de machine laser que vous choisirez. Si vous ne coupez pas souvent des matériaux et que vous devez couper des matériaux non métalliques tels que le bois ou l’acrylique, une machine à CO2 serait votre meilleur choix. Si vous devez couper beaucoup de métal, en particulier de métal fin, un laser à fibre peut être le meilleur choix pour vous.
 
Une autre chose à retenir qui fonctionnera dans votre machine laser. C’est le moment. Vous savez ce qu’ils disent, le temps c’est de l’argent. La vitesse de fonctionnement de votre machine laser peut faire une énorme différence dans la valeur de votre investissement.
 

Vitesse de coupe – Quelle est la vitesse de votre découpe laser ?

Les graveurs laser à fibre sont nettement plus rapides que les lasers CO2 pour la découpe de tôles fines (< 8 mm), en particulier lors de la découpe d’acier inoxydable. Pour 1 mm, les lasers à fibre peuvent couper jusqu’à 6 fois plus vite que les lasers CO 2 . Pour du papier de 5 mm, la différence est réduite à environ 2 fois.
La vitesse de coupe des tôles minces peut être multipliée par 2 à 3 en augmentant la puissance de la source laser à 2 kW. Le laser CO2 peut couper des tôles minces plus rapidement que le laser à fibre. Ceci est possible pour la même puissance laser. L’avantage de vitesse est moindre que pour les feuilles plus fines.

Qualité de coupe – À quel point voulez-vous que vos bords soient lisses ?

 
L’un des avantages des lasers CO2 pour la découpe est que leur qualité de coupe (netteté/arêtes plus fines) est constante sur toute la plage d’épaisseur du matériau. Cela signifie que vous n’avez pas à vous soucier de l’apparence de vos bords lorsque vous coupez des matériaux fins ou épais. Le laser à fibre devient moins efficace pour effectuer des coupes cohérentes à mesure que le matériau devient plus épais.
 
Gardez à l’esprit que les graveurs laser à fibre s’améliorent avec le temps. Aujourd’hui, la qualité des coupes en épaisseur n’est plus aussi mauvaise qu’aux débuts des lasers à fibre. Si vous voulez vraiment vous lancer dans les découpeuses laser à fibre mais que vous êtes préoccupé par la qualité de la coupe, vous devriez demander à l’entreprise que vous achetez de vous montrer une démonstration. Chez Morphy, c’est ce que nous faisons. Tous les locaux, nous les laisserons entrer afin que nous puissions découper les échantillons dont ils pourraient avoir besoin. Nos clients peuvent être sûrs que leurs machines découperont le produit dont ils ont besoin.

Points à considérer lors de l'achat d'une machine laser à fibre CO2 VS.

  1. D’après les données que j’ai trouvées en ligne, le prix moyen d’un découpeur laser de 4 kW coûte 12,73 $/heure au laser CO2 par jour. Le coût moyen d’un découpeur laser à fibre de 4 kW est de 6,24 $/h.
  2. Les principales utilisations des machines laser à fibre sont la découpe de métaux minces (0-5 mm) et le marquage, la gravure, le recuit, la gravure et même le soudage des métaux.
  3. Les lasers CO2 peuvent couper, marquer et graver une large gamme de matériaux non métalliques tels que les plastiques, les textiles et les pierres.
  4. Les machines laser à fibre prennent moins de place que les machines laser CO2. Les machines laser co 2 nécessitent des réservoirs de gaz, des pompes et des tuyaux. En revanche, les machines à fibre optique sont beaucoup plus compactes.

Conclusion - Alors ...... lequel devriez-vous acheter?

Quel type de laser devriez-vous acheter? CO2 ou fibre ? Tout dépend des besoins de votre entreprise.
Si vous découpez/gravez des matériaux organiques ou non métalliques, vous recherchez bien sûr une découpeuse laser CO2.
Si la majorité de votre production concerne des métaux fins, vous pouvez envisager d’investir dans une machine laser à fibre. Avec une machine laser à fibre, votre production sera plus rapide et les coûts des heures supplémentaires ne seront pas aussi élevés qu’avec une machine laser CO2.
 

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