Guide des matériaux

AVERTISSEMENT

Il ne faut pas utiliser votre découpeuse/graveuse laser CO2 sur des matériaux dont vous ne connaissez pas la composition, au risque de vous exposer à plusieurs dangers :
• Dégagement de fumées toxiques dangereuses pour les personnes ;
• Dégagement de fumées acides ou trop denses qui détériorent votre machine (perte de garantie) ;
• Enflammement facile de certains matériaux sous l’action du laser.

Une * indique les matériaux que l'ont ne peux pas couper au laser, mais qu'il est possible de graver.

1. GUIDE DES MATÉRIAUX UTILISABLES EN DÉCOUPE ET GRAVURE LASER

1.1 Les matériaux ne pouvant pas être découpés au laser

D’une façon générale, on ne peut pas découper au laser :
• les matériaux qui réfléchissent le rayon dans les lentilles,
• les matériaux qui émettent des fumées denses ou toxiques,
• les matériaux qui prennent feu sous le laser.

Il s'agit essentiellement des familles de matériaux suivantes :

• Les matériaux réfléchissants tels les métaux polis, miroirs, objets chromés…
Le rayon peut être réfléchi sur la lentille de la tête et l’endommager irrémédiablement entrainant dans le même temps une perte de garantie.

• Les métaux*
La densité énergétique du laser CO2 n’est pas suffisante pour découper les métaux, même s'il est possible de découper certains métaux avec des machines spécialement adaptées et équipées en particulier d’une source laser dite « fibrée ».

• Les matériaux contenant du fluor : Téflon/Polytétrafluoroéthylène/PTFE…
Ils sont générateurs d'émissions de fluor gazeux.

• La pierre*

• Le verre*

• La fibre de verre et les composites fibre de verre tels le verre époxy des circuits imprimés, etc.

• Certains médiums (MDF) trop chargés en colle ou colorés dans la masse
Ils prennent feu et/ou émettent des fumées nocives pour l’homme et les miroirs de la machine.

• Les plastiques contenant du chlore tels les PVC, vinyle…
Ils émettent des fumées denses, toxiques et acides dangereuses pour les utilisateurs et dommageables pour votre machine (perte de garantie).

• Les plastiques Polycarbonate (PC)
Ils fondent et brûlent.

• Les polystyrènes (PS) expansés ou extrudés tels que les mousses
Ils fondent et brûlent.

• Les bicouches à graver pour la CNC (fraisage)
Composés de PVC, ils sont à proscrire pour le laser. Il existe toutefois des bicouches à graver spécialement adaptées pour le laser.

1.2 Les matériaux pouvant être gravés, mais ne pouvant pas être découpés au laser

• Les métaux revêtus peuvent être gravés
- L’alu anodisé pour lequel le laser fait apparaitre le métal nu et sur lequel la gravure apparait en couleur métal sur fond de couleur.
- Il existe par ailleurs des produits à appliquer sur métal nu et qui sont fixés par le laser ; la gravure apparait en noir sur fond métal nu.
- Enfin, certains métaux dépolis peuvent être marqués au laser.

• Le verre se grave bien au laser

• La pierre implique de réaliser des essais
En général, le laser attaque superficiellement la pierre et laisse une gravure claire. Les pierres sombres sont en général plus adaptées. Certaines pierres sont inattaquables par le laser CO2.

1.3 Les matériaux pouvant gravés et découpés au laser

En général, le laser CO2 permet la découpe des matériaux organiques.

• Les bois en général.

• Les composites de bois (CTP, aggloméré, médium) s’ils ne sont pas excessivement chargés en colle.
Il existe des gammes adaptées spécialement à la découpe laser.

• De nombreuses matières plastiques
- Acryliques (PMMA) : Altuglas® ou Plexiglas® par exemple
- Polyamide (PA) : Nylon® par exemple
- Polyoxyméthylène (POM) : Delrin® par exemple
- Polyester (PE)
- Polyéthylène téréphtalate (PET)
- Polystyrène (PS)
- Polypropylène (PP)
- Acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS)
- Rhodoïd/Transparent pour rétroprojecteur

• Les mousses
- De polyester (PES)
- De polyéthylène (PE)
- De polyuréthane (PUR)
- De néoprène fines, mais elles prennent facilement feu

NOTA : en général, il n’est pas possible de graver proprement sur de la mousse. La plupart des machines n’ont pas une gestion assez fine des vitesses et puissances.

• Les Tissus (feutre, chanvre, coton, acrylique, nylon)

• Les cuirs

• Les papiers

• Les cartons compacts

• Les cartons ondulés
Pour ces derniers, il y a souvent le risque qu’ils prennent feu, car le flux d’air de la tête d’extrusion entraine la flamme dans les alvéoles ondulées qui agissent comme des cheminées. On évite cela en bouchant les alvéoles avec un ruban adhésif sur les tranches externes de votre plaque de carton ondulé.

• Les cartons plume (carton + mousse PU)
Attention : le (carton + Polystyrène expansé) n’est pas adapté à cause de la mousse de polystyrène qui brûle et fond

• Les caoutchoucs naturels ou synthétiques s’ils ne contiennent pas de chlore
Mais, attention ils génèrent beaucoup de suie et encrassent énormément les machines et lentilles.

2. CONSIGNES GÉNÉRALES D'UTILISATION DES DÉCOUPEUSES-GRAVEUSES LASER

a) Toujours rester en surveillance de la découpeuse graveuse laser en fonctionnement

• Il existe toujours le risque que le matériau prenne feu
• Il faut s’assurer que les fumées sont bien aspirées par l’extracteur de la machine. Soit les fumées peuvent être trop denses, soit l’extracteur peut être défaillant ou ses filtres obstrués.

b) Les éléments optiques miroirs (en général 3) et la lentille de la tête se salissent
Ils se salissent plus ou moins vite selon la densité des fumées dégagées par les matériaux travaillés, l’efficacité de l’extraction et la fréquence d’utilisation. Cela occasionne une perte de puissance très vite conséquente.

L’entretien et le nettoyage des éléments optiques fait partie de l’entretien périodique courant. C’est facile, mais il faut se référer strictement aux notices des machines.

c) Normalement, il n’y a aucune raison pour que les miroirs se dérèglent
Mais une mauvaise manipulation lors d’un nettoyage ou un transport sans précautions par exemple, si on a pu forcer un tant soit peu sur ces éléments sensibles, peut avoir pour conséquence de faire dévier un peu le flux laser. Il se peut alors qu’il n’arrive plus exactement au centre de la lentille de focalisation dans la tête. Dès lors, la perte de puissance et d’efficacité est très marquée.

d) Une découpeuse laser est une machine fragile
La procédure de contrôle et alignement des miroirs est simple, mais chronophage (au moins une heure et plus selon les cas) et est décrite dans les notices des machines.

3. COMMENT SAVOIR QUELLES ÉPAISSEURS DE MATÉRIAUX DÉCOUPER AVEC QUELLE MACHINE ?

C’est une question que légitimement on se pose avant d’acquérir une machine : quelle épaisseur de matériau puis-je découper selon la puissance de ma découpeuse graveuse laser ?

3.1 Quelques indications utiles à connaître

• Il est impossible de répondre avec précision tant peuvent réagir différemment au laser des matériaux d’une même famille, mais de provenances variées.

• À l’usage et confrontés aux questions de maintenance, dépannage et SAV, on constate que souvent les difficultés rencontrées sont liées à des éléments optiques pas propres ou déréglés.

• On devrait tenir compte aussi de l’usure des sources laser (tubes laser), mais en réalité hors du secteur industriel, les machines sont utilisées relativement peu d’heures par an et la durée de vie des tubes se compte par plusieurs années

• Pour les bois, en particulier les médiums (MDF), le taux d’humidité peut faire varier significativement les données.

En pratique, à titre indicatif, vous trouverez ci-dessous des épaisseurs qu'il est possible de couper proprement dans différents matériaux, selon la puissance du laser. Pour une machine propre et bien réglée.

PUISSANCE LASER	40 Watts	55 Watts	100 Watts
Épaisseur coupée dans du bois	5 mm	6 mm	7 mm
Épaisseur coupée dans du PMMA	5 mm	8 mm	16 mm

3.2 Quelques compléments d'informations

Au-delà des informations de base présentées ci-dessus, il convient d'apporter un complément, car il n'est pas possible simplifier à outrance ce sujet complexe.

• Pour couper plus épais avec une machine donnée, il convient de ralentir la vitesse.
Certains coupent plus épais en plusieurs passes, mais la qualité de coupe devient mauvaise. Il faut mieux couper empiler et coller 3 plaques plus fines que couper une plaque trop épaisse.

• Pour une coupe de bois, malgré plus de puissance, de fait on ne coupe pas beaucoup plus épais si on veut une coupe propre (non brûlée). Le rayon laser s’épuise et se dissipe dans les fumées.

• La focale de la lentille est un élément essentiel qui détermine l’épaisseur maxi utilisable

- Le rayon laser émis par le tube a un diamètre autour de 4 et 6 mm selon les modèles.
- Sa densité énergétique est relativement faible et il peut être transporté de miroir en miroir, sans les détériorer, jusqu’à la tête dans laquelle une lentille le focalise en un faisceau conique à la pointe duquel la densité énergétique est suffisante pour découper et graver.
(C’est sur le même principe que l’on peut utiliser une loupe pour concentrer les rayons du soleil et allumer un feu dans des brindilles.)

- Le rayon laser de votre machine est donc un cône exploitable sur une courte épaisseur, juste en amont et juste en aval de sa pointe d’épaisseur théorique nulle.
- Plus la focale est longue, plus, en théorie, on peut couper épais, mais plus il faut de hauteur entre la lentille et la matière que l’on veut couper ou graver

Les machines sont construites d’origine avec le meilleur compromis entre puissance, format utile et focale.
• Les machines de plus fortes puissances sont de plus grands formats.
En général, on constate que la machine a sensiblement la largeur qui permet de contenir le tube laser. Les tubes de plus forte puissance sont plus longs.

• Les machines plus puissantes et plus grandes sont équipées d’origine avec en générale une plus longue focale. Par exemple chez Jamp :
40 watts : focale de 1,2 pouce / 55 W : 2 pouces / 100 W : 2,5 pouces

3.3 Réaliser ses propres abaques

Selon votre machine, son état, ses conditions d’utilisation, le type d’extraction dont elle est équipée et vos matériaux particuliers, vous pouvez par l’essai trouver les meilleurs compromis pour la découpe ou gravure de chaque matériau.

Vous jouez sur deux paramètres principaux de réglage de la découpe ou gravure :
• La vitesse de déplacement de la tête laser
• Le pourcentage de puissance que vous demandez

Pour préserver le tube laser et sa durée de vie, il est déconseillé de l’utiliser à 100 % de sa puissance potentielle. Sur ce point, les avis et conseils divergent selon les experts ; disons qu’il est prudent de se limiter au maximum à 90 % de puissance.
Par comparaison avec un moteur de voiture, on sait bien que si on le fait hurler à fond de ses tours, il ne va pas durer aussi longtemps que si on le préserve.

Modèle d'abaque à compléter par vos essais

Machine :	Découpe		Gravure
Machine :	Vitesse mm/s	Puissance en %	Vitesse mm/s	Puissance en %
(Matériau)