La coupe mécanique, qui inclut l'outillage et l'usinage, est un procédé utilisant des équipements motorisés pour façonner et former un matériau selon un design prédéterminé. Parmi les machines couramment utilisées en coupe mécanique, on trouve les tours, les fraiseuses et les perceuses, qui correspondent respectivement aux processus de tournage, de fraisage et de perçage.
Tour
Un tour est une machine-outil de travail des métaux qui fait tourner le matériau, généralement avec un moteur contrôlé par ordinateur, tandis qu'une lame de coupe durcie enlève l'excès de matière pour créer la forme souhaitée. Un liquide de coupe peut être utilisé pour aider à maintenir la température, lubrifier les pièces mobiles et éliminer les débris, ou “copeaux”, de la pièce à usiner.
Fraiseuse
Une fraiseuse comporte un outil de coupe fixe et une table mobile sur laquelle la pièce est fixée. Des instructions manuelles ou informatiques déplacent la table autour de la lame rotative pour réaliser les coupes souhaitées. Les fraiseuses sont capables de créer des formes complexes ou symétriques sur plusieurs axes. Les quatre principales catégories de fraiseuses sont la fraiseuse à main, la fraiseuse plane, la fraiseuse universelle et la fraiseuse omniversal.
Perceuse à colonne
Une perceuse à colonne est une perceuse stationnaire montée sur une table ou fixée au sol, entraînée par un moteur à induction. Elle se compose d'une base, d'une colonne, d'une table, d'un mandrin et d'une tête de perceuse. Une poignée à trois branches soulève ou abaisse la mèche pour produire des trous cylindriques dans une pièce. Pendant que la mèche tourne et coupe le métal, la rainure de la mèche transporte les débris, ou «copeaux», hors du trou.
Équipements et méthodes de découpe laser
La découpe laser utilise un dispositif d'émission d'énergie pour concentrer un flux de photons très concentré sur une petite zone d'une pièce à usiner et découper des motifs précis dans le matériau. Les lasers sont généralement contrôlés par ordinateur et peuvent réaliser des coupes très précises avec une finition de qualité. Les coupeurs laser les plus courants sont de type CO2 gazeux ou Nd:YAG.
Lasers au CO2
Le laser au dioxyde de carbone (CO2) émet un décharge gazeuse qui sert de médium pour un faisceau lumineux. C'est l'un des lasers à onde continue les plus puissants en usage aujourd'hui, en grande partie grâce à son rapport puissance de sortie / puissance de pompage élevé. Les faisceaux à base de dioxyde de carbone se situent du côté infrarouge du spectre lumineux, avec des bandes de longueur d'onde comprises entre 9,4 et 10,6 micromètres. Ils sont couramment utilisés pour souder, couper, graver des métaux, ainsi que pour resurfacer des tissus biologiques.
Lasers Nd:YAG
Contrairement aux lasers au CO2, les lasers à yttrium aluminium garnet dopé au néodyme, ou Nd:YAG, sont des dispositifs à l'état solide utilisant un cristal comme médium lumineux. Ils disposent également de diodes laser ou de lampes flash qui pompent optiquement leurs faisceaux, émettant une longueur d'onde infrarouge de 1064 nanomètres. Les modèles Nd:YAG sont parmi les lasers les plus couramment utilisés en fabrication, avec des applications dans la soudure, la coupe, la gravure, le marquage et la gravure de divers matériaux. De plus, ces lasers ont de nombreuses utilisations médicales.
Coupe mécanique vs. découpe laser
Puisque la découpe laser peut non seulement couper le matériau mais aussi appliquer une finition à un produit, elle peut être un procédé plus rationalisé que ses alternatives mécaniques, qui nécessitent souvent des traitements post-usinage. De plus, il n'y a pas de contact direct entre le dispositif laser et le matériau, ce qui réduit le risque de contamination ou de marquage accidentel. Les lasers créent également une zone affectée par la chaleur plus petite, ce qui diminue le risque de déformation ou de déformation du matériau au niveau de la coupe.
Cependant, la découpe laser peut être une méthode de fabrication coûteuse et techniquement difficile, tandis que les processus de coupe mécanique par fraiseuse CNC ont tendance à être moins chers et plus faciles à intégrer dans les services de fabrication. L'équipement laser nécessite généralement une source d'énergie puissante et consomme de l'énergie à un rythme rapide. Cela oblige souvent un atelier à maintenir des unités de batteries ou de condensateurs étendues en plus des sources d'alimentation standard. Les dispositifs laser sont souvent coûteux, et l'équipement périphérique, comme les miroirs en or ou les fenêtres et lentilles en séléniure de zinc, peut entraîner des coûts supplémentaires.
Lors du choix entre la découpe laser et la coupe mécanique, il peut être utile de se rappeler que ces procédés ne sont pas exclusifs l'un de l'autre, et que de nombreux ateliers proposent une combinaison des deux services de coupe. Les fabricants pesant les avantages d'un type de coupe par rapport à l'autre équilibrent essentiellement la précision et la fiabilité de la découpe laser contre ses coûts et sa consommation d'énergie, ainsi que la facilité d'utilisation et l'efficacité économique de la coupe mécanique contre le risque d'endommagement ou de déformation d'un matériau donné.
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