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Pour allier précision et vitesse

Guide réalisé par Mirel Scherer
Pour allier précision et vitesse

La technologie laser-microjet de Synova élimine les effets thermiques du laser, améliorant la qualité des pièces usinées.

© DR

- Avec une puissance et des vitesses en constante amélioration, les équipements laser étendent leur domaine d'utilisation.

Les centres d'usinage laser ont sensiblement évolué ces dernières années grâce à l'intégration de développements mécaniques, électroniques et informatiques. L'adoption de moteurs linéaires pour le déplacement des axes a ainsi amélioré la vitesse des centres de découpe laser. Les machines que proposent des constructeurs comme Trumpf, Amada, Salvagnini, Finn-Power, Bystronic et les autres affichent des vitesses d'usinage de tôles minces qui flirtent avec les 40 m/min tout en atteignant des accélérations de l'ordre de 30 m/s2.

Des mini-usines qui entrent dans les ateliers

La vitesse d'usinage est également influencée par la puissance des sources laser qui progresse continuellement. La machine Trumatic L 3050 de Trumpf, par exemple, dispose d'une source CO2 de 6 kW. L'utilisateur passe ainsi dans le domaine de la très grande vitesse, une technologie destinée aux tôles dont l'épaisseur est inférieure à 4 mm. Ces systèmes peuvent néanmoins traiter, à des vitesses moins importantes, des tôles en acier jusqu'à une épaisseur de 25 mm, et en aluminium jusqu'à 15 mm.

Les machines d'usinage laser 3D constituent, pour leur part, de véritables mini-usines qui envahissent les ateliers. Multifonctions, elles assurent des opérations d'usinage différentes sur des pièces extrêmement complexes. Un progrès dû aux évolutions des commandes numériques et autres logiciels de FAO.

Un marché très concurrentiel

Présent depuis plus de vingt ans dans ce domaine, l'éditeur français Alma propose, par exemple, le logiciel Act/cut 3D, un système de programmation pour les installations de découpe dans l'espace (laser, jet d'eau, plasma), quel que soit le nombre d'axes, et qui peut être étendu à d'autres procédés technologiques comme le soudage laser et le polissage. À partir d'une représentation 3D exacte de la machine (cinématique, limites d'axes...) et de son environnement, Act/cut 3D permet de définir très rapidement les contours de découpe sur les pièces importées depuis la CAO, puis de générer les trajectoires de la tête.

Alors, comment faire son choix dans un marché devenu très complexe et où les procédés concurrents (plasma, jet d'eau, poinçonnage, oxycoupage, électroérosion, etc.) évoluent eux aussi très vite ?

« Il faut, bien sûr, analyser les coûts d'investissement et d'exploitation », répond Franck Rigolet, responsable du centre de formation de l'Irepa Laser. L'investissement dans une machine laser, par exemple, est généralement plus important que celui dans un équipement plasma, à jet d'eau ou de poinçonnage. Le coût d'exploitation est un autre élément à prendre en compte. On constate dans ce domaine que les coûts du plasma et du poinçonnage sont comparables, moins élevés que ceux du laser et, surtout, du jet d'eau.

Il est nécessaire, avant tout, de bien étudier l'application et de faire son choix en conséquence. « En ce qui concerne la précision d'usinage, le laser devance les autres procédés, bien que le jet d'eau et le poinçonnage ne soient pas trop mal placés non plus », remarque le spécialiste de l'Irepa.

Le laser partage aussi avec le jet d'eau un autre avantage : la souplesse d'utilisation. Quant aux matériaux usinés, ces deux procédés peuvent en traiter une gamme très large, aussi bien métalliques que non métalliques.

La productivité constitue un autre point non négligeable du cahier des charges. Peut-on, par exemple, équiper la machine de deux têtes d'usinage ? Cette question ne manquera pas d'être posée par un utilisateur aguerri.

Laser et poinçonnage, une union qui perdure

Les équipements plasma présentent cet avantage depuis un certain temps mais, aujourd'hui, les centres d'usinage laser qui disposent de deux têtes se multiplient. Bien évidemment, si l'atelier doit usiner de grandes épaisseurs à une vitesse élevée sur des matériaux durs, le plasma sera incontournable.

En ce qui concerne la vitesse, l'analyse de l'Irepa démontre que le jet d'eau et l'électroérosion sont surclassés par les autres procédés, dont le laser qui affiche la vitesse la plus importante dans la découpe du titane par exemple. Reste que le jet d'eau et l'électroérosion sont irremplaçables pour la découpe de matériaux comme le verre, le cuivre ou les composites avec de fortes épaisseurs (60 mm dans l'aluminium pour le jet d'eau contre 8 mm au laser) ou quand la forme des pièces l'impose.

Le poinçonnage est, quant à lui, difficile à dépasser lorsqu'il s'agit d'usiner à forte cadence de grandes séries de pièces avec un coût limité. Les progrès des machines laser sont cependant remarquables, tant en vitesse d'usinage qu'en puissance de sources, ce qui leur permet de se rapprocher de procédés plasma et de poinçonnage. Reste cependant un écart difficile à combler, ce qui explique la persistance du mariage laser et poinçonnage sur un seul équipement pour exploiter leurs avantages et éviter leurs inconvénients respectifs.

L'ESSENTIEL

Les avantages du laser en usinage - La réalisation de trous dont l'axe marque un faible angle par rapport à la surface - La vitesse - La capacité d'effectuer des formes évoluées dans des zones d'accès difficile - Le travail de matériaux durs - Une précision de l'ordre du micromètre - La flexibilité

MARCHÉ

1 271 millions de dollars C'est, selon Laser Focus World, le marché de sources laser pour le traitement de pièces métalliques (découpe, soudage, perçage...) ainsi que pour d'autres applications industrielles (électronique, marquage, prototypage rapide, micro-usinage, etc.) - Ce chiffre, pour 2004, a représenté une très petite croissance, de 65 millions de dollars par rapport à l'année précédente. Un revirement cependant car, en 2003, le marché avait accusé une baisse de 5 % par rapport à 2002.

LES CRITÈRES DE CHOIX

1. À quel type d'usinage est destinée la machine ? - Il est évident qu'une machine de découpe laser n'aura pas les mêmes domaines d'utilisation qu'un centre d'usinage laser 5 axes. 2. Quel est le coût d'exploitation de la machine ? - Les consommables et l'entretien d'une machine laser peuvent représenter une charge financière importante. Autant la connaître à l'avance. 3. Quelle est la productivité de la machine ? - La capacité d'usinage d'une machine varie en fonction de l'application, de la puissance du laser et des matériaux à usiner. 4. Quelles sont les options que propose le fournisseur ? - Système d'automatisme, têtes laser multiples, machines mixtes...

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