Semaine 10 : La Fabrication Numérique - Les découpeuses laser -

Semaine 10 : La Fabrication Numérique
- Les découpeuses laser ***
John Lejeune
FabManager au LabFab de Rennes
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Intro
Bonjour à toutes et tous. Me voilà ravi de vous retrouver pour ce 8 ème épisode,
dédié cette fois au LASER, acronyme qui une fois traduit en Français donne quelque
chose comme "amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement".
Pour beaucoup, lorsque l'on parle de laser, on pense à ça:
=> Figurine Dark Vador,
En fait, un laser, ça ressemble plutôt à ça:
Il existe 6 familles de laser, mais nous n'aborderons ici que "les laser à gaz" et plus
particulièrement le laser à dioxyde de carbone. Tout simplement parce qu'il s'agit
du plus répandu pour ce qui nous concerne ici.
Ce tube, chargé d'un mélange gazeux (ici principalement du CO2 dans un tube de
verre), est muni de deux électrodes, sur lesquelles nous allons brancher une
alimentation électrique de fort voltage, de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers de
volt.
Avec pareil traitement, les molécules en sont toute excitées et l'on obtient en sortie
du tube un rayonnement dit "cohérent", qui va permettre de vaporiser la matière.
Vous remarquerez les tubes de plastique à chacune des extrémités, qui permettent
de faire circuler de l'eau afin de maintenir l'ensemble gazeux à température
ambiante.
À partir de là, il ne reste plus qu'à diriger le faisceau obtenu vers la matière à
découper. Pour cela, on utilise des miroirs qui, une fois alignés, dirigent le faisceau
vers une dernière lentille, concentrant ainsi le rayon sur le plan de découpe.
Notez que le rayonnement émis en sortie de tube n'est pas visible à l’œil nu malgré
sa puissance, ce qui constitue un danger supplémentaire. Comme si mélanger eau et
électricité ne suffisait pas ! :)
Autrement dit, sous ces allures de gros photocopieur, une découpe laser reste un
outil dangereux.
N'oubliez pas de porter des lunettes spécifiques si vous deviez mettre les mains
dans le cambouis, en particulier lorsqu'il s'agit de réaligner les miroirs ou lors d'un
remplacement de tube. À la vitesse de la lumière, votre fond d’œil serait cuit avant
même que la douleur n'arrive à votre cerveau.
En résumé, lorsque vous verrez cette signalétique, plus question de faire l'andouille !
:)
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Voilà pour le principe dans ses grandes lignes.
Au delà, il ne s'agit de rien d'autre que d'une machine à commande numérique de
plus, qui s'utilise plus ou moins comme une imprimante papier, le frisson en plus !
Pour commencer, vous devrez préparer un fichier comme vous avez pu le voir dans
l'épisode de la semaine 6, "Modélisation 2D".
Les formats de fichier requis sont généralement au format « .dxf » ou « .ai », mais
vous pourrez aussi utiliser, en particulier pour la gravure, les formats « .jpg »,
« .gif », « .png » ou « .tiff ». Tout cela dépendra du modèle et de la marque de
machine que vous utiliserez.
Lorsque vous préparerez votre projet, n'oubliez pas d'utiliser les calques si vous
envisagez diverses profondeurs de coupe, ou si vous désirez mélanger découpe et
gravure.
Ces calques seront généralement reconnus par le logiciel pilotant la machine. Vous
n'aurez plus ainsi qu'à attribuer des paramètres de puissance de faisceau et de
vitesse de déplacement de la tête à chacun des calques.
Voilà, à présent votre fichier est transmis à la machine, vous aller pouvoir envoyer
les watts ! Ah si ! Une dernière chose tout de même avant d'appuyer sur "Start ».
Vous allez devoir vous assurer que la focalisation à bien lieu sur la surface du
matériau que vous désirez travailler.
Certaines machines sont "autofocus", d'autres demandent un réglage manuel. Vous
déplacerez le plateau support en fonction de l'épaisseur de l'objet à traiter et
toujours selon le modèle de machine rencontré. Dans notre exemple, on remarque
les deux points rouges, qui se confondent lorsque le plateau est au bon niveau.
Notez qu'il ne s'agit pas du faisceau laser qui découpera votre projet. Ils ne servent
qu'à faire la mise au point et convergent eux aussi là où le laser se focalise.
C'est parti, nous allons commencer par découper une feuille de papier.
Dans cet exemple, la puissance du laser permet de traverser la matière. On parle de
découpe traversante et la puissance du laser est réglée au plus juste, pour ne pas
brûler le papier.
Remarquerez ici que si vous aviez voulu faire un pochoir, la police de caractère
utilisée n'est pas des plus formidable, car nous perdons l’intérieur des lettres "a" et
"e". Les amateurs de pochoirs sauront s'y retrouver.
Les autres iront explorer la typo et découvriront la famille des "stencils".
Pour ceux qui n'auront besoin que des lettres, le résultat est net et sans bavure.
Après le papier, voici venir le carton
On conserve ici les même réglage de puissance et de vitesse de déplacement de la
tête. Vous remarquerez que le carton n'est attaqué qu'en surface, la découpe n'est
pas traversante.
Pour obtenir un résultat similaire au papier, il aurait fallu soit augmenter la puissance
du faisceau, soit ralentir le déplacement de la tête.
Voici à présent du bois, ici une planche de peuplier, que l'on commence par graver.
Vous noterez que la tête se comporte comme pour une imprimante papier et
parcours l'intégralité de l'espace occupé par le lettrage.
Cela signifie qu'il vous faudra prévoir plus de temps que pour une simple découpe
non traversante, où la tête ne se déplacera que sur le pourtour du lettrage.
Remarquez au passage qu'il vous faudra faire avec les imperfection du matériau, le
noeud dans la boucle du "S" étant plus résistant que les fibres du bois.
Pour la découpe, l'épaisseur maximale dépendra de la puissance de votre machine.
Avec un tube de 60 Watt, vous découperez généralement jusqu'à 3 mm en une seule
passe, et jusqu'à 5mm en deux passes. Au delà, des brûlures apparaissent sur les
bords de coupe et le bois prendrait l'aspect du charbon sans que la découpe ne soit
vraiment plus profonde. Remarquez, ce peut être un style !
À présent un plastique, ici du Plexiglass© de 4mm. Vous remarquerez que certaine
pièces tombent au travers du plateau. Vous pouvez changer de support et opter
pour une trame plus serrée, ou alvéolaire, qui empechera les pièces de tomber par
gravité au fond du réceptacle.
Pour ceux qui n'auront pas la chance d'avoir plusieurs plateau à disposition ou qui
travaillent sur de très petites pièces, il est important de bien préparer ses fichiers.
En effet, si par exemple vous vouliez graver et découper sur une même petite pièce,
il devient primordiale
de déplacer ses calques de façon à ce que la gravure se fasse avant la découpe.
Une pièce qui tombe avant la gravure, et la seconde passe travaillera dans le vide.
C'est une autre illustration de l'exemple "rondelle" du chapitre 6.
La machine utilisée dans notre exemple permet une découpe jusqu'à 5mm en une
seule passe et nous avons découpés jusqu'à 11mm en deux passes à pleine
puissance.
! Remarque importante pour votre santé et pour la machine :
Il n'est pas question de découper du polychlorure de vinyle, plus connu sous le nom
de PVC.
« JAMAIS ! . »
Ce polymère dégage principalement, lorsqu'il est brûlé, de l'acide chlorhydrique.
À moins d'en vouloir à l'environnement, à votre santé ainsi qu'à la machine, oubliez
ce plastique très répandu dès qu'il s'agit de laser !
Pour savoir si le plastique que vous comptez utiliser est du PVC, pensez à faire le
http://fr.wikipedia.org/wiki/Test_de_Beilstein. Même si le nom vous semble
compliqué, le test est très simple:
Porter un fil de cuivre à l'incandescence puis mettez ce fil en contact avec le
morceaux de matière à tester.
Exposez ensuite le tout de nouveau à la flamme. Si celle-ci devient verte, il s'agit
généralement de PVC.
À présent, une petite mousse pour la route, histoire d'illustrer de nouveau la
différence entre la gravure et la découpe. Concernant la gravure, notez bien que la
forme à graver doit être une ligne fermée. Un seul pixel d'écart et la machine ne
gravera rien du tout, puisque sont objectif est de remplir une géométrie pleine.
On enchaîne sur le verre, que vous ne pourrez que graver (par abus de langage en
fait, car il s'agit plus de marquage par fissuration de surface, que de gravure).
Concernant la découpe, oubliez !
Elle entraîne une trop forte chaleur et le verre fini par fendre ou casser.
Arriver-là, vous devriez-vous demander s'il est possible de découper ou de graver du
métal. La réponse est non. En tous cas, pas avec ce type de machine. Si vous voulez
couper du métal, vous utiliserez plutôt une fraiseuse, une découpe à jet d'eau sous
pression, ou bien un laser industriel, surpuissant (4200 W et au delà pour de l'acier
de 20 mm d'épaisseur par exemple).
Concernant la gravure, vous devrez utiliser un additif de surface, le Cermark (TM).
Voyez cela comme une sorte d'encre qui sera fixée sur la surface metallique grâce au
laser.
Le marquage obtenu est nécessairement noir. Cet additif existe sous forme
d'aérosol, de pâte ou de scotch en diverses largeurs que vous placerez sur la surface
à marquer. Acier inox ou galvanisé, plaquée or, laiton plaqué argent, titane,
aluminium, Étain de cuivre.
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Pour le reste et dans la limite des matières toxiques, vous pourrez aussi envisager
découpe et gravure sur divers matériaux.
Voici quelques exemples illustrant le propos et les domaines d'application qui
s'ouvrent à vous.
Par exemple en céramique, où l'on découpe sans traverser la faïence. Ici sur une
première cuisson à 960°C d'un biscuit, avant emmaillage.
Vous pourrez, dans le même ordre d'idée, marquer la pierre.
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Sur des matières organiques
Un autre genre de feuille.
Sur un pain pita. Vous savez quoi ? Ça fonctionne aussi sur le jambon !
Vos sandwichs vont avoir une tout autre allure à présent. :)
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Voilà, c'est terminé pour ce rapide tour d'horizon du Laser C02 qui je l'espère vous
donnera quelques idées.
Pour ceux qui voudraient en savoir plus, où se confronter au réel et à la pratique,
n'hésitez pas à faire un tour dans le lab le plus proche de chez-vous.
À très bientôt, et que la force soit avec vous.