Découpe au laser
Usinage des composites à matrice polymère

5.1 Principe

Le principe du L.A.S.E.R. (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) est la décharge d’électricité de quelques millions de volts qui active, entre deux électrodes, un mélange gazeux (dioxyde de carbone CO₂ par exemple) à une pression de plusieurs millibars. Le dispositif (figure 7) est enfermé dans un tube en verre qui ne laisse sortir qu’un faisceau d’une longueur d’onde précise (10,6 mm dans le cas du laser CO₂).

Ce faisceau est renvoyé par un jeu de miroirs jusqu’à une tête de coupe mobile, puis focalisé par une lentille sur le matériau à usiner. La focalisation du rayon donne un diamètre de foyer d’environ 0,1 à 0,3 mm, correspondant approximativement à l’épaisseur du trait de coupe.

De manière générale, il y a les lasers à gaz carbonique (CO₂), à flux rapide, à flux lent ou à flux transversal, et les lasers YAG (cf. article Lasers pour usinage dans le traité Électronique). Pour la découpe, les caractéristiques importantes du laser sont le mode, la puissance, la stabilité et la polarisation.

Les variables les plus significatives sont la lentille de focalisation, la position focale, la vitesse et le gaz d’assistance.

Une installation complète comprend la source laser, la structure de support, le système de déplacement du faisceau, l’armoire de contrôle, le dispositif d’aspiration des fumées, les écrans de protection.

L’usinage résulte de l’action thermique du rayon qui vaporise la matière en quelques fractions de seconde. Entre la zone où la matière a été « vaporisée » et la zone restée « froide », il y a une zone affectée thermiquement, plus ou moins large selon la nature de la matière et les paramètres du process. Dans cette zone intermédiaire, il peut y avoir une carbonisation partielle de la matière organique, en général sur les bords de découpe.

Ainsi, rester trop longtemps au même endroit, pour la découpe de fortes épaisseurs par exemple, peut entraîner une carbonisation ou une inflammation de la matière sur les bords de la zone usinée. Il y a donc une vitesse d’avance minimale à respecter en fonction d’une énergie et de la nature...