Des puissances plus élevées, signe du développement rapide que connaissent les lasers à tube
Une productivité accrue et un champ d'application élargi
Depuis deux ou trois ans, le monde de la découpe de tubes connaît une évolution remarquablement rapide. Le rythme auquel les innovations se succèdent est plus soutenu qu’auparavant. C’est du moins ce qu’affirment les fabricants eux-mêmes. Leur priorité est de réduire la durée totale du cycle. La vitesse de découpe pure joue bien sûr un rôle, mais dans une moindre mesure que sur un laser à plateau. La succession des opérations de positionnement, de rotation, d’accélération et de décélération entraîne un plus grand nombre de mouvements non productifs. Pour réaliser de réels progrès, il ne suffit donc pas d’augmenter simplement la puissance; il faut également tenir compte de la dynamique et coordonner encore mieux les différents déplacements. C’est précisément ce qui se passe, parallèlement aux améliorations apportées aux logiciels et aux stratégies de découpe.
Évolution des exigences
La découpe laser de tubes a depuis longtemps dépassé le stade où la concurrence entre les fabricants se limitait exclusivement à l'équilibre entre la vitesse de découpe et les capacités de découpe de base. Il ne suffit plus de savoir découper: il faut le faire rapidement, avec précision – malgré des variations parfois importantes dans le matériau de base – et pour une gamme d’applications toujours plus large. Nous parlons ici de tubes plus épais, mais aussi de formes atypiques. En effet, la demande du marché s’est élargie, passant des tubes ronds et carrés standard à l’acier plat, aux profilés irréguliers et aux poutres en H extra-longues et lourdes. Parallèlement, la demande en traitement par lots de chutes et de pièces complexes explose.
Des puissances accrues
Poussés par la demande en matériaux plus épais, les fabricants augmentent sans cesse les puissances de leurs sources laser à fibre. En observant ces puissances, on voit émerger deux segments de marché clairement distincts.
Fourniture de tubes et profilés découpés au laser
Dans le segment des pièces à parois plutôt minces, les machines de 3, 4 et 6 kilowatts cèdent de plus en plus la place à leurs grandes sœurs de 9, voire 12 kilowatts. Alors que la productivité augmente d’environ 30 % par rapport à une source de 6 kW, il est désormais possible, par exemple pour les tubes ronds, d’atteindre des diamètres de 273 mm et des épaisseurs allant jusqu’à 12,5 mm dans le cas de l’acier inoxydable et de l’aluminium. Dans ce domaine, la productivité et le coût sont déterminants, et une puissance laser plus élevée, combinée à la découpe à l’azote et à une machine capable de supporter des vitesses de traitement élevées, peut certainement y contribuer.
La situation est toutefois un peu plus complexe que cela. En particulier lors de l’usinage de matériaux à parois minces, il existe des limites à ce qui est techniquement raisonnable. La puissance du laser doit en effet être réglée de manière à ce que l’intérieur du tube reste exempt de dommages, d’effets thermiques indésirables ou de scories. Ce risque est si réel qu’il est possible, lors du chargement, d’appliquer un agent de séparation à l’intérieur du tube, ce qui rend beaucoup plus difficile l’adhérence des scories résiduelles. Dans cette perspective, on peut se demander dans quelle mesure des puissances très élevées apportent réellement une valeur ajoutée lors de la découpe au laser de ce type de tubes et de profilés.
Fourniture de solutions complètes pour tubes et profilés
Il existe par ailleurs un segment caractérisé par des contours de découpe plus complexes, tels que les préparations de soudure, les trous noyés et d’autres usinages fonctionnels. Il s’agit souvent de profilés ouverts, de diamètres plus importants et de produits plus lourds, pouvant peser par exemple 100 kg par mètre. Pour ces applications, l’oxycoupage offre souvent des avantages significatifs. Étant donné que les pièces font généralement partie intégrante d’un ensemble structurel plus vaste, l’accent est moins mis sur la vitesse pure que sur la stabilité du processus et la qualité de la coupe. D’où l’importance capitale d’une machine mécaniquement robuste.
En effet, en raison de la masse élevée tant du produit que des composants mobiles de la machine, la dynamique et la stabilité jouent un rôle crucial. Outre cet aspect plutôt mécanique, des innovations telles que le "beam-shaping", qui relèvent davantage de l’optique et des logiciels, revêtent un rôle de plus en plus important. En optimisant la forme du faisceau laser, par exemple via un faisceau annulaire ou dit "en forme de beignet", il est possible d’obtenir un processus de découpe plus stable et plus efficace. C’est dans ce segment "haut de gamme" que les puissances de 20 kW (et même 30 kW sur mesure) prennent tout leur sens.
Une technologie en pleine évolution
Lorsque les exigences changent et se durcissent, cela incite les fabricants non seulement à élargir le champ d’application en augmentant les puissances, mais aussi à s’attaquer à des problèmes persistants tels que la gestion des tolérances importantes dans les matières premières ou la déformation des tubes. Nous voyons donc la technologie évoluer dans de nombreux domaines.
Compensation des tolérances et correction des mesures
En réalité, les tubes et les profilés sont rarement parfaitement droits ou aux dimensions exactes. Les systèmes modernes mesurent de mieux en mieux la position réelle, la torsion et les dimensions du profilé, et les compensent automatiquement. Les trajectoires de découpe sont ainsi adaptées à la position réelle du matériau et non plus exclusivement à la position théorique issue du modèle CAO, ce qui constitue un atout considérable pour les entreprises qui réalisent de nombreux assemblages et constructions soudées, car la suite de leur production dépend de cette précision dimensionnelle. Compte tenu de son importance, il n’est pas surprenant que les fabricants se soient fortement engagés dans la compensation des tolérances, ce qui a donné lieu à diverses méthodes de mesure. Le balayage avec la tête de découpe est une option, mais il est beaucoup plus lent que, par exemple, la mesure capacitive.
En se basant sur la distance à différents points réglables entre le capteur électrique et le profil, le système peut déterminer où se trouve le matériau d’origine et le centrer dynamiquement par rapport à l’axe de la machine. Cela suffira pour les profils simples carrés ou rectangulaires, mais peut-être pas pour un profil asymétrique. En effet, dans ce cas, il faut savoir quel côté du profil se trouve en haut, et cette orientation ne peut pas être déduite d’une mesure de distance. Les systèmes optiques qui effectuent des balayages permettent d’y parvenir. Certains fabricants vont même jusqu’à intégrer une fonction logicielle qui évalue la qualité du matériau de base dès le début du processus afin de déterminer, sur cette base, la fréquence à laquelle un cycle de mesure doit être lancé.
En mettant l’accent sur le gain de temps, les fabricants cherchent non seulement à découper plus rapidement, mais aussi à réduire les temps morts
Systèmes innovants de fixation par griffes
Tout comme les matériaux de base ne sont pas tous d’une dimension constante, toutes les formes ne se prêtent pas de la même manière à l’usinage et à la découpe. Les profilés excentriques et l’acier plat sont deux exemples de formes pouvant parfois entraîner des vibrations ou des glissements. Pour relever ce défi, certains fabricants utilisent quatre plaques à griffes servocommandées. Le système de commande détermine, en fonction du tube et de l’opération à effectuer, quelles pinces doivent fonctionner ensemble et dans quelle configuration.Pour les poutres lourdes, les quatre plaques de serrage offrent un meilleur soutien que trois, ce qui permet d’éviter toute déformation. La pince supplémentaire s’avère également très utile pour gagner en productivité: tandis que deux d’entre elles évacuent le profilé découpé, les deux autres peuvent déjà en préparer un nouveau. C’est un moyen astucieux de gagner un temps précieux.
Stratégies de découpe alternatives
En mettant l’accent sur le gain de temps, les fabricants cherchent non seulement à découper plus rapidement, mais aussi à réduire les temps morts. Citons notamment des positionnements plus rapides, des temps de perçage plus courts, des déplacements optimisés entre les contours et des changements de paramètres plus intelligents. Prenons d’abord un exemple concernant les tubes lourds. Normalement, c’est le tube qui tourne et la tête laser qui reste fixe.
En faisant tourner la tête de découpe et en déplaçant le tube d’avant en arrière, ce dernier n’a pas besoin d’être tourné complètement autour de son axe longitudinal pour chaque contour. Cela réduit la nécessité d’accélérer et de freiner en permanence un tube lourd et à la réactivité lente. Pour les petits contours et les matériaux fins, le défi est d’une autre nature. Dans ce cas, la longueur de découpe ne représente qu’une petite partie du temps total d’usinage. Le laser doit surtout accélérer, ralentir, changer de direction et réaccélérer en permanence. Il devient alors difficile d’exploiter la vitesse théoriquement élevée du laser. C’est pourquoi il existe des fonctions spécialement développées pour tirer le meilleur parti des capacités dynamiques du laser et de la machine grâce à une accélération fortement augmentée (jusqu’à quatre fois plus rapide).
Logiciel et automatisation
Enfin, selon les fabricants, le logiciel a probablement fait un bond en avant encore plus important que la machine elle-même. Il joue donc un rôle très important. Non seulement le logiciel doit convertir un modèle 3D en trajectoires de découpe, mais il doit également tenir compte des caractéristiques du profilé, du serrage, de la rotation du tube et des éventuelles déformations ou mouvements pendant le processus. Aujourd’hui, les systèmes logiciels reconnaissent directement les formats 3D courants (dont l’IGS et les fichiers CN spécialisés) sans qu’une conversion secondaire ne soit nécessaire. Une évolution qu’il convient de mentionner est la capacité croissante à traiter les profilés ouverts et les géométries complexes.
Par ailleurs, l’accent est désormais mis sur un flux de travail entièrement intégré, c’est-à-dire allant de la CAO/FAO et de la planification de la production au pilotage des machines et au suivi des données de production. L’automatisation fait également partie de cette intégration, car les systèmes automatiques de chargement et de déchargement, ainsi que le stockage et le tri, sont intégrés au processus de production piloté de manière centralisée.
Avec la collaboration de Bystronic, De Tollenaere (Bodor), Landré (HSG), LVD, Mazak et V.A.C. Machines (Trumpf)