Découpeuse graveuse laser : quel intérêt ?

Dans le domaine de l’éducation, l’intérêt croissant pour Les machines de gravure et découpe laser tout comme celui porté aux imprimantes 3D et mini-fraiseuses CNC (Computer Numerical Control) s’explique facilement par les possibilités très étendues de créations et réalisations qu’elle permettent.

L’essor des Fablab, lieux de recherche et d’innovation, contribue largement à faire découvrir l’intérêt de ces « nouvelles* » machines.

* Qui existent en réalité depuis plus de 30 ans

COMMENT ÇA MARCHE ?

Le rayon laser permet de découper des plaques ou graver sur des plaques ou différents objets volumiques.

Contrairement à l’impression 3D ou le fraisage, la découpeuse / graveuse laser ne travaille qu’en 2D à partir d’un tracé 2D ou d’une image.

QUEL EST L’INTÉRÊT EN CLASSE D’UNE DÉCOUPEUSE LASER ?

• La rapidité d’obtention d’une pièce par rapport à une mini fraiseuse ou imprimante 3D
• Il n’y a aucun effort de coupe. Le rayon laser n’entraine pas la pièce qui est juste posée sur le plateau de la machine. Cela permet en particulier de découper facilement de très petites pièces.
• Une largeur « d’outil » de l’ordre du 10^ème de mm
  Cela évite d’avoir à gérer le contournage.
• Pas de casse ni de d’usure prématurée d’outil
• Idéale pour la gravure ou le marquage sur divers objets

LES DEUX TYPES DE DÉCOUPEUSES-GRAVEUSES LASER PROPOSÉES

Les laser « CO₂ » et les laser « Diode »

Elles diffèrent par la longueur d’onde et le mode de génération du rayon laser.

Il existe aussi des découpeuses-graveuse laser « fibrées » qui permettent la découpe de métaux. Nous ne proposons pas aujourd’hui ce type de machine plutôt destiné au secteur industriel.

• Les laser diode sont plus simples et moins chères mais potentiellement moins puissantes et travaillent sur une gamme de matériaux plus limités
• Les laser CO2 sont potentiellement plus puissantes et permettent le travail sur davantage de matériaux mais sont un peu plus compliquées à produire et plus chères que les laser Diode ; elles nécessitent un refroidissement du tube laser et un jeu de miroirs pour conduire le rayon jusque dans la « tête laser »

Il existe d’autre types de laser, par exemple les laser dit « fibrés » dont la densité énergétique supérieure permet de découper les métaux. A l’heure actuelle ces machines plus complexes et onéreuses sont réservées au domaine professionnel.

LE LASER CO₂

Le Laser CO₂ est généré par un tube qui doit être refroidi par air ou par eau. Les machines industrielles utilisent plutôt des tubes métalliques refroidis par air ; les machines d’utilisation non intensive sont plutôt équipées de tubes en verre. C’est moins cher et suffisant pour une machine qui n’est pas sollicitée « H24 ».

• Le rayon laser est transporté jusqu’à la tête mobile par un jeu de miroirs (en général 3 miroirs). En effet le tube laser CO₂ est une pièce importante qui ne peut être embarquée sur la tête mobile. Aussi on a recours à un jeu de miroirs qui conduisent le rayon jusqu’à la lentille de focalisation dans la tête. Le rayon est émis de diamètre relativement important (plusieurs millimètre) ce qui donne une densité énergétique insuffisante pour marquer les miroirs. Il est en bout de course focalisé par une lentille dans la tête laser. Comme on le ferait avec une loupe pour concentrer (focaliser) les rayons du soleil sur un petit point pour allumer un feu.
• En découpe (le rayon traverse le matériau) : le laser CO₂ permet de découper (presque) tous les matériaux organiques : bois, plastiques*, cuirs, papiers et cartons, …

  * Certains plastiques ne conviennent pas comme le PVC qui produit des fumées trop denses qui salissent trop vite les miroirs mais surtout acides et toxiques qui font rouiller les parties en acier de la machine !

• En gravure (le rayon va juste marquer la surface du matériau) on peut graver sur tous les matériaux organiques découpables, les pierres, les verres, les métaux, … (revêtus par précaution car un métal nu pourrait réfléchir le rayon focalisé sur la lentille et la marquer (une lentille se remplace facilement).
• La durée de vie du tube CO₂ dépend bien entendu de la fréquence d’utilisation et de la puissance affichée. En général, pour préserver le tube on évite de dépasser 70 ou 75 % de la puissance (un peu comme avec une voiture qu’on va user prématurément si on conduit pied au plancher).
  On parle en milliers d’heures d’utilisation, selon la sollicitation du tube (puissance affichée et temps d’utilisation). Notons qu’avec un tube en verre refroidi par eau, la puissance va commencer à décroitre lentement en fin de vie ; alors qu’un tube métallique va durer plus longtemps en conservant sa puissance puis va décliner très rapidement. C’est particulièrement intéressant pour un industriel qui veut optimiser ses paramètres et ne plus avoir à les modifier avant de devoir remplacer le tube. Mais pour une utilisation de prototypage ou de toute façon il faudra changer à chaque fois de réglages selon le matériau et ou on peut se permettre d’avancer un peu plus lentement pour « assurer le coup », ca peut être considéré pour un investissement un peu hors de proportion.
• L’entretien des découpeuses-graveuses laser n’est pas très compliqué ; les fumées salissent lentement les miroirs qu’il faut de temps en temps nettoyer délicatement. Sans quoi la puissance diminue significativement.
  L’alignement des miroirs n’a pas lieu de bouger. Au pire les tutos expliquent la procédure de réalignement. Ca prend moins de 1 heure la première fois puis pas plus de 15 minutes quand on sait faire.

LE LASER DIODE

Le Laser diode est généré par une diode laser qui peut être embarquée directement dans la tête laser

• Il n’est pas possible de découper tous les types de matériaux
  Les matériaux convenables pour la découpe gravure laser sont principalement les PMMA, le bois, le carton, le cuir et les matériaux organiques en général. On peut aussi travailler quelques matériaux particuliers tels le caoutchouc pour faire des tampons, par exemple.
  Les PVC sont contre-indiqués en raison des vapeurs toxiques et acides qu’ils émettent et du fait qu’ils abiment la découpeuse laser.
  Par ailleurs, s’il n’est pas possible de découper les métaux avec une découpeuse graveuse laser CO₂, le marquage reste possible sur un métal peint ou anodisé. Il existe aussi des encres à étaler sur le métal et qui sont ensuite « fixées » au laser.
  
  Pour en savoir plus sur les matériaux compatibles et incompatibles en découpe et/ou gravure laser, consultez le guide des matériaux

• Il n’est pas possible de réaliser des poches au laser à mi-matière, à moins de bricoler un peu
  Et encore, même en ajustant la puissance du laser pour ne pas traverser les matériaux, les poches obtenues sont plus ou moins propres (plutôt moins que plus) et jamais très précises en profondeur.

• Une machine de découpe gravure laser dégage des fumées quel que soit le matériau utilisé
  Par conséquent, une extractionest toujours nécessaire : a minima un trou dans le mur pour rejeter les fumées vers l’extérieur à l’aide d’un tuyau (évacuation normalement vers le toit pour être aux normes), soit par le biais d’un bloc de filtration. Et même dans ce dernier cas, pour bien faire il faudrait prévoir un rejet à l’extérieur, car il peut rester des odeurs, particulièrement quand les filtres n'ont pas été remplacés à temps.
  Attention, une hotte aspirante au-dessus de la machine n’est pas suffisante.
• Le laser peut être relativement dangereux à manier, surtout pour les yeux
  Les normes exigent des dispositifs pour éviter que le laser ne balaye malencontreusement les alentours. Le laser passe par une lentille qui le focalise sur la surface de travail ; puis il diverge et à quelques centimètres de la tête il a perdu énormément de sa puissance.
  Toutes les machines que nous commercialisons sont aux normes : fermées avec des capots asservis, ce qui rend quasi-impossible un accident. Force est de constater que l’on trouve sur le marché certaines machines laser à diodes ouvertes et sans protection.
  
  Notez que le point lumineux que l’on voit quand le laser travaille est juste une diode de visualisation. Le « vrai » rayon laser de gravure et de découpe est, lui, invisible à l’œil nu.

QUEL TYPE DE DÉCOUPEUSE GRAVEUSE LASER CO₂ CHOISIR POUR QUEL USAGE ?

Il existe aujourd’hui deux sortes de laser CO₂ : tube en verre refroidi par eau ou tube métallique refroidi par air.

Concernant les machines laser CO₂, on trouve toutes sortes de machines à tous prix, qui dépendent surtout du type et de la qualité de la source laser (tubes verre, métal, etc.).

• les tubes en verre sont moins cher et refroidis par eau.
  Leur durée de vie (en milliers d'heures) est moins importante que celle des tubes métalliques et leur puissance décroît lentement en fin de vie. Ils sont très suffisants dans un labo ou une école, puisque le taux d'utilisation annuel est tel que le tube va durer des années.
• Les tubes métalliques sont plus chers et refroidis par air.
  Leur durée de vie est supérieure et leur puissance reste à peu près stable jusqu'au bout. Ce qui permet une production stable et fiable dans le temps.

En général, il est très difficile de donner une durée de vie des tubes laser CO₂, car cela dépend de leurs conditions d'utilisation. On évite de les utiliser au-delà de 70 à 80 % de puissance car cela raccourcis significativement leur durée de vie.

Les lasers travaillent par impulsion (ce n'est pas un faisceau continu). Les tubes métalliques ont une fréquence supérieure à celle des tubes verre. Ils permettent de graver beaucoup plus vite.
À ce jour, nous ne les rencontrons que dans les entreprises et les labos d'enseignement professionnels.

Voici nos conseils pour choisir votre découpeuse graveuse laser CO₂ de façon éclairée

• 30 W est un minimum
  Si vous souhaitez pouvoir faire autre chose que des essais ou du très petit bricolage, un laser de 10W ne suffira pas (c’est peu l’équivalent du stylo 3D comparé à une imprimante 3D).
• C’est essentiellement le tube laser qui fait le prix de la machine
  Les tubes souvent made in Asie en verre sont moins chers que les tubes souvent américains en métal et sont moins durables. En général un tube de qualité dure longtemps avant de perdre en puissance alors qu’un low-cost perd progressivement et plus vite sa puissance.
  Parmi les tubes en verre, on observe de plus différentes qualités, c'est le cas notamment pour les machines Jamp pour lesquelles nous proposons différentes qualités (et ;prix) de tubes.
• Le laser travaille par impulsions et, avec une fréquence d’impulsion plus grande, on travaille plus vite
  On voit ces impulsions sur les tranches des plastiques découpés : elles ne sont pas complètement lisses et laissent voir les stries des impulsions. Mais c’est surtout en mode gravure que l’impact de la fréquence d’impulsion est le plus notable, car l’image gravée est reproduite par points et plus il y a de flashs de points à la seconde, plus ça va vite.
  Attention, la haute fréquence a un coût, car les tubes métalliques plus chers que les tubes en verre sont mieux placés sur ce point.

EN CONCLUSION, VOUS TROUVEREZ SUR LE MARCHÉ TROIS TYPES DE MACHINES LASER CO₂

• Les gadgets de faible puissance, en général à diodes
  Ils sont généralement très décevants et beaucoup ne respectent actuellement pas les normes européennes. Pour ma part, je vous les déconseille fortement.
• Les machines laser avec tube verre, souvent d’origine asiatique
  Il y en a de très bien et elles peuvent être largement suffisantes pour une utilisation sans contrainte de productivité. Ainsi, un tube verre de bonne facture peut durer jusqu'à 10 ans si on ne fait pas tourner la machine H24. Après un certain temps il perdra progressivement en puissance.
  Ces machines sont très intéressantes pour les établissements scolaires.
• Les machines laser avec tube métallique, en général beaucoup plus chers et de grande marque
  Plus fiables et plus performants, elles sont tout à fait pertinentes pour un industriel qui exploite sa machine au quotidien avec des contraintes de productivité. C’est également le choix de certains FabLabs qui souhaitent utiliser très intensément la laser avec une garantie de fiabilité et une grande durabilité.

Concernant le premier type à diodes, nous avons testé quelques modèles, mais restons méfiants. D’autant plus que nous n'avons trouvé que des machines ouvertes et donc hors normes UE. Étant donné l’intérêt grandissant pour les découpeuses graveuses laser, il est possible que des machines à diode performantes, aux normes et bon marché fassent leur apparition dans les années à venir.

Pour les deux types de machines CO₂ (tube verre et métallique), vous trouverez facilement de bonnes machines fiables avec un bon SAV et des fournisseurs pérennes. Nous travaillons personnellement avec Flux, xTool, Jamp, Snapmaker et Creality.

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