La graveuse laser à fibre trouve des applications dans un large éventail de domaines. Les machines de découpe laser à fibre peuvent facilement générer différentes longueurs d'onde pour découper des métaux et des matériaux non métalliques. Elles sont également largement utilisées pour la découpe, le marquage, le soudage, le nettoyage, la texturation, le perçage, etc. Les machines laser à fibre sont omniprésentes dans notre quotidien.
Qu'est-ce qu'un laser à fibre ?
Les machines de découpe au laser à fibre voient le jour lorsque les lasers à fibre sont mis au point pour servir de solution. La machine de découpe au laser à fibre est l'outil qui effectue le travail, tandis que les lasers à fibre constituent la structure porteuse de cet outil intégré. Les applications les plus courantes de la machine laser.
- La sécurité laser et le système d'aspiration des fumées garantissent la sécurité totale des travailleurs.
- Des composants mécaniques sont intégrés afin d'automatiser certaines tâches ou de faciliter le travail de l'opérateur.
- Les interventions au laser sont adaptées à des tâches spécifiques.
Le milieu d'amplification d'un laser à fibre est le cœur d'une fibre optique. Il peut être composé d'éléments de terres rares de la famille des lanthanides présents dans les câbles à fibres optiques. Les matériaux de dopage sont sélectionnés puis incorporés dans un cœur de fibre de verre d'une pureté extrême. Cela permet d'obtenir la longueur d'onde et la puissance laser souhaitées. Les lasers à fibre utilisent souvent des composants à base d'ytterbium et d'erbium.
Avantages de l'utilisation des lasers à fibre
Les lasers à fibre sont utilisés dans un large éventail de secteurs, notamment l'automobile, l'aérospatiale, le médical, la joaillerie, le bois, etc. Nous allons maintenant aborder brièvement les avantages d'une graveuse laser à fibre.
Compacité
La machine de découpe laser à fibre optique se caractérise par un faible encombrement et une structure compacte. Vous trouverez forcément une machine de découpe laser à fibre optique adaptée à vos besoins, quelle que soit la taille de l'espace dont vous disposez. Elle est donc idéale dans de nombreux environnements où l'espace de production est limité.
Diversité des matériaux
Les lasers à fibre peuvent être utilisés sur de nombreux matériaux différents : des métaux tels que l'aluminium, le fer, le laiton, l'acier inoxydable, le titane, etc., ainsi que des matériaux non métalliques comme le verre, l'acrylique, le caoutchouc, etc.
À bas prix
Les lasers à fibre sont idéaux pour réduire les coûts. Ils constituent une solution économique, avec de faibles frais d'entretien et un retour sur investissement élevé. Les lasers à fibre sont également plus économes en énergie que les machines industrielles traditionnelles. Cela permet de réduire les frais d'exploitation tout en diminuant l'empreinte environnementale.
Quelles sont les applications des lasers à fibre ?
1. Le principal avantage d'un laser à fibre est sa grande stabilité.
On a généralement besoin d’une fibre optique pour guider un faisceau laser en toute sécurité lorsqu’on souhaite l’émettre. Une autre option consiste à le faire rebondir entre des miroirs, bien que cela nécessite un alignement extrêmement précis. Le faisceau laser doit être couplé au minuscule cœur de la fibre, ce qui est difficile et exige un contrôle minutieux. De ce fait, les lasers classiques sont extrêmement sensibles aux chocs et aux impacts, et dès que les composants optiques sont désalignés, l’intervention d’un spécialiste est nécessaire. En revanche, les lasers à fibre génèrent le faisceau à l’intérieur de la fibre et le transmettent sans recourir à des composants optiques complexes ou sensibles. Cela les rend extrêmement stables et simples à utiliser.
2. L'excellente qualité du faisceau des lasers à fibre est la deuxième raison pour laquelle ils sont utiles.
Le faisceau peut être généré et confiné au sein d'un minuscule cœur de fibre. Cela signifie que le faisceau est extrêmement rectiligne et qu'il peut, dans la pratique, être focalisé sur un point de très petite taille. Plus ce point est petit, par exemple, plus la découpe au laser est précise, mais cette caractéristique est indispensable pour de nombreuses applications laser.
3. Les lasers à fibre gagnent en puissance.
Les lasers à fibre, dont certains atteignent une puissance de sortie de 1 000 watts (1 kW). C'est suffisamment puissant pour sectionner un pouce d'acier !
4. Ils sont incroyablement efficaces et faciles à refroidir, ce qui constitue la quatrième raison.
Alors que d’autres lasers ne convertissent qu’une infime partie de la puissance d’entrée, les lasers à fibre peuvent convertir entre 70 et 80% de la puissance d’entrée provenant de la source de pompage. Ces économies d’énergie signifient également que moins d’énergie est transformée en chaleur. Les fibres peuvent être très longues, et la chaleur se propage sur toute la longueur du fil, ce qui empêche celui-ci de surchauffer et de se rompre. Lorsqu’ils sont chauffés, presque tous les matériaux modifient leurs caractéristiques optiques, ce qui affecte la qualité du faisceau.
Quels sont les différents types de lasers à fibre ?
Les caractéristiques suivantes permettent de classer les lasers à fibre de manière générale.
Puissance du laser :
Le matériau utilisé pour combiner les sources laser a une incidence sur les lasers à fibre. En effet, ceux-ci produisent des longueurs d'onde distinctes. Tous ces lasers peuvent être utilisés pour différentes applications.
La puissance moyenne d'un faisceau laser s'exprime en watts. C'est ce qu'on appelle la puissance du laser. Il existe ainsi des lasers à fibre de 20 W, de 50 W, etc. Les lasers de plus forte puissance produisent davantage d'énergie plus rapidement que ceux de moindre puissance.
Modes de fonctionnement :
Le faisceau laser est émis de différentes manières selon les types de lasers. Les lasers à fibre pulsés, tels que les lasers “ à commutation Q ”, “ à commutation de gain ” et “ à verrouillage de mode ”, peuvent émettre un faisceau laser pulsé à une fréquence de répétition spécifiée afin d’atteindre une puissance de crête élevée. Ils peuvent également fonctionner en mode continu, ce qui signifie qu’ils peuvent émettre la même quantité d’énergie de manière continue (lasers à fibre à onde continue).
Mode :
La taille du cœur de la fibre (par lequel passe la lumière) peut être qualifiée de « mode ». On distingue deux types de lasers à fibre : les lasers à fibre monomode et les lasers à fibre multimode. Les lasers monomodes ont généralement un diamètre de cœur plus important (généralement compris entre 50 et 100 microns), tandis que celui des lasers multimodes se situe généralement entre 8 et 9 microns. Les lasers monomodes transmettent la lumière laser avec un rendement plus élevé et une meilleure qualité de faisceau. La puissance moyenne d’un faisceau laser se mesure en watts. On parle ainsi d’un laser à fibre de 20 W, d’un laser à fibre de 50 W ou d’un laser de 50 W.
Il existe de nombreuses classifications des lasers à fibre.
Veuillez cliquer sur les liens suivants pour découvrir des exemples d'utilisation des lasers à fibre dans divers produits.
- Machine de marquage par laser à fibre
- Machine de marquage laser UV
- Machine de marquage laser CO2
- Machine de découpe laser CO2
- Machine de marquage au laser Fly
- Mini graveur laser portable
- Machine de découpe laser de précision
- Machine à souder au laser
- Machine de nettoyage au laser
- Machine à souder par ultrasons
- Consommables et accessoires pour laser
- Purificateur de fumée au laser
Quelle est la différence entre un laser à fibre et un laser au CO₂ ?
La source qui produit le faisceau laser constitue la principale différence entre les lasers à fibre et les lasers CO₂. La source laser est constituée de verre de quartz et d'éléments de terres rares. La source laser d'un laser CO₂ est un mélange gazeux comprenant du dioxyde de carbone. Les lasers à fibre sont classés parmi les lasers à état solide en raison de l'état de leur source, tandis que les lasers CO₂ sont classés parmi les lasers à gaz. Ces sources laser produisent des longueurs d'onde différentes. Les lasers à fibre, par exemple, produisent des longueurs d’onde plus courtes, certaines allant de 780 à 2 200 nm. Les lasers à CO₂ permettent de produire des longueurs d’onde plus longues, qui se situent généralement entre 9 600 et 10 600 nm.
Leurs différentes longueurs d'onde permettent de les utiliser dans diverses applications. Dans le domaine de l'usinage des métaux, par exemple, on utilise fréquemment des lasers à fibre de 1 064 nm. La découpe au laser constitue toutefois une exception notable, car les lasers à CO₂ sont généralement mieux adaptés à la découpe des métaux. Les matériaux organiques réagissent également très bien aux lasers à CO₂.
Qu'est-ce que les paramètres laser ?
Les paramètres utilisés par tous les lasers et toutes les applications laser ne sont pas les mêmes. La découpe et le marquage au laser, par exemple, nécessitent des réglages spécifiques. Certains facteurs sont toutefois communs à tous les lasers à fibre. Voici une liste des scénarios les plus courants auxquels vous serez confronté :
Image reproduite avec l'aimable autorisation de l'Institut national des normes et des technologies (NIST)
Mode de fonctionnement
La manière dont le faisceau laser est émis est appelée « mode de fonctionnement ». Les lasers à fibre fonctionnent généralement selon l'un des deux modes suivants : en onde continue ou en mode pulsé.
Une émission continue et ininterrompue du faisceau laser en mode d'onde continue. Ce mode est adapté à des applications telles que le soudage et la découpe au laser.
En mode pulsé, de courtes impulsions sont émises à une fréquence de répétition spécifique. La puissance de crête plus élevée du faisceau laser pulsé en fait un outil idéal pour la gravure et le nettoyage au laser.
Les paramètres de ce modèle sont les suivants.
- Énergie par impulsion : il s'agit du nombre de millijoules contenus dans chaque impulsion. Une impulsion contient généralement 1 mJ d'énergie.
- La durée d'impulsion correspond à la durée de chaque impulsion. Elle est également appelée « largeur d'impulsion » ou « longueur d'impulsion ». Elle s'exprime en millisecondes. La puissance de crête est plus élevée lorsque des impulsions plus courtes concentrent la même quantité d'énergie sur un laps de temps plus court. Les unités de mesure de la durée d'impulsion vont des microsecondes aux nanosecondes, en passant par les picosecondes et les femtosecondes.
- Fréquence de répétition des impulsions : il s'agit du nombre d'impulsions pouvant être émises chaque seconde. On parle également de fréquence d'impulsion ; elle s'exprime en kHz. 100 000 impulsions par seconde correspondent à 100 kHz.
Puissance
La puissance laser correspond à la quantité d'énergie qu'un laser peut produire en une seconde. On l'appelle également “ puissance moyenne ” ou “ puissance de sortie ”.
La puissance de crête, qui constitue un paramètre distinct, peut également être indiquée pour les lasers pulsés. La puissance de crête d’une impulsion unique correspond à la quantité d’énergie qu’elle peut délivrer. Un laser à fibre pulsé de 100 W, par exemple, peut facilement atteindre une puissance de crête de 10 000 W. Cela s’explique par le fait que, contrairement aux lasers à onde continue, les lasers pulsés ne répartissent pas l’énergie de manière uniforme dans le temps.
Qualité du faisceau
La qualité du faisceau détermine dans quelle mesure celui-ci se rapproche d'un faisceau gaussien. Cet aspect est important dans les applications pratiques, car il indique le degré de concentration du faisceau laser.
Mathématiquement, une qualité de faisceau parfaite s'exprime par M² = 1. Un faisceau laser bien focalisé concentre davantage d'énergie sur une surface plus petite. La gravure et le nettoyage au laser nécessitent un faisceau laser de haute qualité, tandis que le soudage au laser et d'autres applications ne nécessitant pas d'ablation peuvent se contenter d'une qualité de faisceau inférieure.