Comment fonctionne un laser et à quoi il sert

Vous savez déjà que chez Initube nous sommes experts en découpe laser et plasma haute définition, mais comment fonctionne un laser? Il semble incroyable qu’un petit faisceau de lumière puisse traverser un matériau aussi solide que le métal. Cependant, cette technique de découpe se caractérise par des finitions et une précision impressionnantes.

C’est pourquoi nous nous intéresserons aujourd’hui à cette technique et à son fonctionnement, ainsi qu’à ses principaux avantages et aux principales applications de son découpage.

Comment fonctionne un laser, d’abord sa définition

Avant de commencer à expliquer le fonctionnement d’un laser, il est nécessaire de préciser, bien que cela soit déjà très embarrassant, que le terme laser vient de l’acronyme light amplification by stimulated emission of radiation, ou en d’autres termes: amplification de la lumière par émission stimulée de radiations. Le laser est donc un appareil qui génère et amplifie la lumière. Il utilise une méthode presque impossible à obtenir par d’autres moyens, produisant une puissance jamais vue auparavant.

Les premiers lasers développés, il y a plus de 10 ans, pouvaient générer des puissances d’environ 10 000 watts maximum. Aujourd’hui, l’évolution de cette technologie est impressionnante: les lasers actuels sont capables de produire des impulsions des milliards de fois plus puissantes.

Pour comprendre le fonctionnement d’un laser, il faut d’abord expliquer comment un atome est capable d’émettre de la lumière. Ce sont les particules à l’échelle microscopique qui composent toutes les sortes de matière. Nos cellules, par exemple, et celles de tout être vivant, sont constituées d’atomes. La majeure partie de sa masse se trouve dans son noyau, la partie centrale, qui est constituée d’amas de protons et de neutrons. Les électrons entourent le noyau en plusieurs enveloppes. Plus il y a d’énergie par électron, plus il y a de couches.

Pour que les atomes émettent de la lumière, les étapes suivantes doivent avoir lieu:

• Les électrons sont dans leur état naturel, à leur place (à l’intérieur du noyau).

• S’ils absorbent de l’énergie, ils sont éjectés du noyau à des niveaux d’énergie plus élevés. Cet état est connu sous le nom d' »excitation ».

• L’atome tentera de revenir à son état d’origine et « libérera » donc toute son énergie excédentaire sous la forme d’un faisceau lumineux.

Le laser suit le même processus, mais à grande échelle: la machine fait en sorte que des milliards d’atomes émettent des billions de photons en même temps. Ils s’alignent tous et créent ce que nous appelons un faisceau de lumière, dans lequel l’énergie est concentrée.

Composants laser

Maintenant que nous savons d’où vient le laser, il est temps d’expliquer ses différents composants. Il est essentiellement constitué de pièces:

• Une charge d’atomes (solides, liquides ou gazeux) avec des électrons, qui doivent être stimulés autour du noyau, comme expliqué ci-dessus, pour générer de la lumière. À ce stade, le laser est appelé « milieu laser » ou gain (également appelé amplification).

• Un élément avec lequel les atomes peuvent être stimulés, comme un tube flash (par exemple la lampe flash au xénon d’un appareil photo) ou un autre laser, appelé système de pompage.

Le laser typique de couleur rouge qui vient immédiatement à l’esprit contient un cristal de rubis enveloppé dans un tube flash, qui clignote de temps en temps.

Comment fonctionne un laser?

Maintenant que nous savons ce qu’il faut faire artificiellement pour qu’un atome émette de la lumière, nous pouvons conclure sur le fonctionnement d’un laser. Le processus est essentiellement le même, mais avec quelques variations:

• Le tube éclair est relié à une alimentation électrique de sorte qu’il est constamment alimenté et qu’il s’allume et s’éteint par intermittence.

• Lorsque le tube clignote, les éclairs remplissent d’énergie le cristal qu’ils atteignent, générant ainsi des photons.

• Les atomes du cristal absorbent cette énergie par un processus appelé absorption, car ils « aspirent » la source d’énergie lorsque les électrons passent à un niveau d’énergie supérieur. Il ne leur faut que quelques millisecondes pour revenir à leur état fondamental, en émettant un photon de lumière.

• Ces photons émis par les atomes se rapprochent et s’éloignent du cristal à la vitesse de la lumière.

• Il est possible qu’au cours du processus, un photon stimule un atome déjà excité. Si cela se produit, l’atome en question émettra un photon, de sorte que le photon d’origine sera récupéré (émission stimulée). C’est le moment où un photon de lumière produit 2 photons, l’énergie et la lumière étant amplifiées par une émission stimulée de rayonnement. C’est de là que vient le nom populaire de « laser ».

• Pour que les photons rebondissent constamment, un miroir est ajouté à une extrémité du tube laser et un miroir partiel à l’autre extrémité, de sorte qu’ils continuent à rebondir mais que certains s’échappent.

• Ces photons libérés forment la lumière concentrée du laser, une énergie très puissante. Suffisamment pour couper un tuyau en métal.

Qu’est-ce que la découpe laser?

Comme nous l’avons déjà mentionné plus haut, le laser est utilisé, entre autres, pour découper des matériaux, grâce à son faisceau lumineux. Il peut être utilisé à la fois pour le couper en deux et pour aider à découper des formes complexes que d’autres outils, tels qu’une perceuse, ne seraient pas en mesure de réaliser.

Ce procédé est très similaire au poinçonnage et à la gravure. Le premier produit des trous ou des bosses dans un matériau, qui peuvent être considérés comme des coupes, de sorte que les machines laser ont également la possibilité de percer ou de graver. En outre, de nombreux matériaux peuvent être utilisés avec le laser, ce qui en fait un procédé pratique et adaptable, choisi par de nombreux professionnels pour découper les éléments avec lesquels ils vont travailler. Et nous en savons beaucoup à ce sujet chez Initube.

La machine de découpe au laser concentre son faisceau lumineux au millimètre près sur la pièce à découper, traverse le matériau et laisse une finition précise et lisse. La première chose que fait le laser est de percer le matériau, en faisant un trou dans le bord, afin qu’il puisse commencer à suivre la forme qui a été entrée dans le logiciel. Pour ce faire, le laser fait fondre la partie du matériau qu’il touche, de sorte qu’il peut facilement découper des matériaux légers tels que des tissus, des métaux plus durs ou des pierres précieuses telles que des diamants.

Il existe deux applications principales pour les lasers: les lasers à impulsions et les lasers à ondes continues. Le premier génère de courtes rafales et le second est continu. L’intensité, la longueur et la puissance calorifique du faisceau peuvent être contrôlées afin de faire varier les paramètres en fonction du type de matériau à traiter.

Un miroir spécial peut également être utilisé pour focaliser davantage le faisceau laser. Tout dépend de ce que vous voulez couper et de la forme que vous souhaitez lui donner. Le laser est sans aucun doute un outil très apprécié pour la précision qu’il apporte, puisqu’il peut créer des rainures aussi étroites que 0,1 mm.

Avantages de cette coupe

Comme si le niveau de précision et de finition de la découpe laser n’était pas suffisant, voici quelques avantages supplémentaires pour vous montrer tous les bénéfices que vous pouvez en tirer:

• Il n’a pas d’effet mécanique sur la surface traitée, de sorte que le laser peut être utilisé pour découper des matériaux qui seraient endommagés ou déformés par une découpe normale.

• Il peut être utilisé sur de nombreux types de métaux, y compris les alliages d’aluminium et divers types d’acier.

• Les pièces ne s’échauffent pas pendant la coupe. Cette caractéristique permet d’utiliser le laser même sur des matériaux à forte conductivité thermique.

• La découpe du matériau est automatisée, de sorte que le risque d’erreur est réduit à 0,1 mm. Ce niveau de précision permet à son tour de réduire les coûts de production.

• La productivité élevée de la découpe au laser permet de réduire considérablement votre temps et d’économiser sur les coûts énergétiques.

• Il n’est pas nécessaire d’acheter des moules.

• L’achat d’un accessoire permet de produire de nombreux types de pièces lorsque des pièces métalliques doivent être découpées (un équipement de découpe de tôle peut être acheté, si nécessaire, pour fraiser et percer des trous aux dimensions requises).

• Le laser est capable de réaliser des gravures sur la surface.

Quels sont les matériaux qui peuvent être découpés au laser ?

La découpe laser est le plus souvent utilisée sur les métaux, en raison des qualités qu’elle peut offrir à ce type de matériau. Voyons quels sont les plus populaires:

• Acier commun. L’épaisseur de ce matériau ne doit pas dépasser 20 mm pour pouvoir être traité au laser. Si la plaque doit être plus épaisse, une autre technique devra être utilisée.

• Acier inoxydable. La limite d’épaisseur est de 16 mm. S’il dépasse cette taille, il ne peut être découpé au laser qu’en mode fusion. L’inconvénient est que la zone coupée sera rugueuse et difficile à enlever.

• En laiton. Les feuilles doivent avoir une épaisseur maximale de 12 mm, car la résistance du laiton est assez élevée. Bien que l’éblouissement ne puisse être évité, il peut être facilement éliminé.

• Alliage d’aluminium. Il est capable de découper une feuille d’une épaisseur allant jusqu’à 10 mm. Il y a également des flashs dans la zone de coupe.

Nous espérons qu’avec l’explication du fonctionnement d’un laser, vous saurez en quoi il consiste et quels sont les avantages qu’il peut apporter au matériau qu’il découpe ou grave. Chez Initube, nous sommes conscients de son potentiel et nous travaillons dans le secteur métallurgique depuis plus de 40 ans.
Nous travaillons dans plus de 13 secteurs différents, en innovant pour chaque entreprise et en faisant partie de sa chaîne de production. Si vous avez des questions, n’hésitez pas à nous contacter afin qu’un membre de notre équipe puisse répondre à toutes vos questions.