| Comparaisons avec le fraisage numérique |
Avantages :
- Procédé rapide et plus silencieux
- Facilité de mise en oeuvre (pas de bridage du brut)
- Pas de changement d'outil
- Pas d'usure ou de casse de l'outil (seulement un nettoyage régulier de la tête)
- Finesse du trait de coupe (≤ 0.10mm)
- Respect des cotes (pas de flexibilité de l'outil et cumul des jeux minime)
- Découpe parfaite des angles internes
- Pas de sens de coupe à respecter (avalant ou opposition)
- Usinage possible en une seule passe (selon la puissance disponible)
- Pas de points d'attache à conserver (ou rarement)
- Aucun post-traitement (ponçage, ébavurage, perçages, angles internes, points d'attache)
Inconvénients :
- La tranche des pièces est brûlée (peut nuire à l'esthétique)
- Travail sur l'axe Z quasi inexistant car limité par la distance focale
- Profondeur de gravure très difficile à maitriser
- Limitation à certains matériaux
- Risque important pour les yeux (protection homologuée obligatoire)
- Dégagement de fumées pouvant être toxiques (extraction indispensable)
- Risque de flamme
Points communs :
- Réglage du focus correspondant au palpage de l'outil
- Puissance laser correspondant à vitesse de broche
- Vitesse d'usinage
- Respect de l'ordre des coupes
- Prise en compte de la largeur du trait de coupe
- Aspiration des résidus
Ces deux types de machines sont complémentaires, tout dépend du but recherché.
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| Les principes |
Le principe du laser est une onde électromagnétique concentrée par des éléments d'optique.
Cette énergie est transmise au matériau qui réagit par combustion.
Le procédé est comparable aux rayons solaires qui enflamment du papier lorsqu'ils sont concentrés en un point par une simple loupe.
Le temps d'exposition doit donc être suffisant pour que le matériau monte en température et se consume.
S'agissant d'un procédé optique, le point efficace optimal est un point précis nommé distance focale.
Le kerf
- Le kerf est le nom donné à la largeur du trait de coupe
- Il s'élargit en pénétrant dans la matière au-delà de la distance focale
- Il augmente légèrement et proportionnellement avec le nombre de passes
Règle générale
- Gravure : vitesse élevée et faible puissance pour éviter la surcombustion
- Découpe : forte puissance et vitesse lente pour exposer la matière suffisamment longtemps
En découpe
- Commencer avec une puissance maximale de 80% et une vitesse suffisamment élevée
- Réduire progressivement la vitesse
- Réaliser une grille de test pour chaque matériau
En gravure
- Commencer avec une vitesse suffisamment élevée et une puissance minimale de 20%
- Augmenter progressivement la puissance
- Réaliser une grille de test pour chaque matériau
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| Les logiciels |
LightBurn (pour les contrôleurs G-Code)
Pilotage, dessin vectoriel et illustration
- Logiciel complet et en évolution constante
- Prise en main très abordable
- Accepte une multitude de formats dont SVG, AI et DXF
- Propose une interface succincte de dessin vectoriel
- Edition aisée des textes et des images
- Génération de grilles de test et de QR-codes
- Exportations possibles en SVG, AI et DXF
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LaserGRBL (open source)
Pilotage
- Ne supporte pas le format DXF
- Edition très limitée du fichier
- Paramétrages succincts
Tutoriel de présentation ici
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LaserWeb (open source)
Pilotage
- Supporte le format DXF
- Permet quelques modifications du fichier
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Deepnest (gratuit, successeur de SVGnest)
Calepinage (optimise le parcours et économise la matière)
- Importer le fichier DXF (ou SVG) de l'ensemble des découpes
- Les formes composant le fichier sont automatiquement dissociées
- Chaque forme peut être multipliée ou éliminée du projet
- Ajouter un rectangle de la taille du brut, le sélectionner (le cocher en tant que sheet) et le multiplier si nécessaire
- Définir dans les paramètres l'espace à conserver entre chaque forme
- Cliquer sur le bouton Startnest
- Deepnest calcule et propose toutes les combinaisons possibles (l'opération peut être suspendue à tout moment)
- Exporter la meilleure combinaison au format DXF (l'origine est automatiquement calée en bas à gauche du calepinage)
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MGL (gratuit)
Générateur de grilles de test pour LightBurn et LaserGRBL
- Exploitable en ligne
- Versions autonomes disponibles
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dxf2gcode (gratuit)
Conversion de fichiers DXF en fichiers G-Code (ngc)
- Charger le fichier de l'ensemble des découpes
- Options / Déplacer point d'origine / Auto
- Désélectionner les formes à éliminer du projet
- Options / [Réduire/Agrandir/Pivoter/Miroir/Tolérances]
- Exporter / Optimiser et Exporter le parcours
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Dessin vectoriel
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Vectorisation
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Retouche photo
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| Mes choix |
Equipement :
- Graveur ATEZR V35 PLUS 34-36W 160W un bon compromis dans cette gamme en 2023
- Boitier de protection Zerone ignifugé et ventilé (nécessite quelques modifications pour cette machine)
- Plateau en nid d'abeille ATEZR 500mm x 500mm
- Lunettes de protection JilerWear OD6+ 190nm-550nm homologuées EN207:1998 + A1EN207:1998 + A1:2002
Modifications apportées au graveur ATEZR V35 PLUS :
- Machine :
- Protection de la table par une plaque en acier de 1mm
- Déport de l'écran tactile sur une plaque d'acier collée en façade du chassis (car instable et encombrant)
- Boitier interrupeur marche/arrêt pour la pompe d'air assist (pour préserver le potentiomètre)
- Cales en CTP pour un centrage rapide du nid d'abeille
- Caisson de confinement :
- Groupe d'extraction des fumées installé dans les combles
- Position de la sortie vers l'extracteur (latérale arrière et à mi-hauteur)
- Raccords de structure en T à l'arrière
- Ajout de pieds pour l'entrée d'air frais (évite la mise en dépression)
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Logiciels :
- LightBurn pour le pilotage du graveur
- AutoCAD et Fusion 360 pour le dessin technique
- Inkscape pour le traitement vectoriel des images
- Affinity Photo pour le traitement matriciel des images
- Deepnest pour le calepinage
- MGL pour les grilles de test
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| Les pièges à éviter |
La puissance :
Attention à ne pas confondre puissance laser (efficace) et puissance consommée (absorbée) qui est quatre à cinq fois supérieure.
Les fabriquants ont tendance à jouer sur ce point.
- La puissance nominale d'une diode laser varie entre 5W et 6W selon le modèle.
- Limiter la puissance maximale à 90% économise la tête, cela correspond à 4.5W ou 5.5W selon la valeur nominale annoncée.
- La puissance totale est obtenue par la multiplication des diodes dont l'émission est concentrée en un point par un dispositif optique.
Les fabriquants trichent souvent sur la puissance efficace au détriment de la durée de vie de la tête laser et
ils tiennent à nous démontrer que leur machine peut couper d'importantes épaisseurs de bois en une seule passe.
Il est plus judicieux d'opter pour une puissance confortable et de toujours conserver une marge de sécurité.
Un manque de puissance peut être compensé par une diminution de la vitesse ou la multiplication du nombre de passes.
Il faut raison garder et considérer que :
- Une machine à diodes laser grand public n'est destinée qu'à de la gravure ou à de la découpe sur de faibles épaisseurs.
- La liste des matériaux raisonnablement exploitables est restreinte.
- La précision doit rester le principal critère qui oriente vers l'usinage au laser.
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La vitesse :
La vitesse fait partie des arguments commerciaux mis en avant par les fabriquants.
Des vitesses élevées peuvent être utilisées pour les déplacement, plus faibles pour la gravure et basses pour la découpe.
Dans la pratique il est rare de dépasser 15000mm/mn (250mm/s) pour les raisons évoquée ci-dessous.
- L'inertie du rotor d'un moteur pas à pas impose qu'il soit accéléré pour atteindre sa vitesse et qu'il soit décéléré pour la réduire.
- Un surbalayage (dépassement de part et d'autre à puissance nulle) proportionnel à la durée de ces pentes est nécessaire en gravure.
- La puissance du laser varie durant les pentes d'accélération et de décélération pour ne pas surexposer la matière.
- Des hautes vitesses ne peuvent être atteintes que sur de longs parcours.
- Conséquences :
- En doublant la vitesse, la durée du déplacement n'est donc pas forcément divisée par deux.
- La zone de travail exploitable est réduite par les distances de surbalayage.
- Selon la conception du chassis, une vitesse excessive peut engendrer des vibrations ou des résonnances.
- Une vitesse raisonnable est synonyme de précision et de préservation de la mécanique.
En effectuant des tests on se rend compte que la vitesse maximale annoncée n'est jamais atteinte.
Prenons par exemple le graveur ATEZR V35 Plus, capable d'atteindre 24800mm/mn (413mm/s) et dont la surface utile est de 430x430mm
| Paramétrage |
| Longueur de la forme | 400 mm |
| Surbalayage (2.5% x 2) | 20 mm |
| Largeur de la forme | 1 mm |
| Interligne | 0.10 mm |
| Vitesse de consigne | 413 mm/s |
| 24800 mm/mn |
| Résultat |
| Nombre de lignes tracées | 10 |
| Déplacement total | 4200 mm |
| Durée de l'opération | 15 s |
| Vitesse moyenne obtenue | 280 mm/s |
| 16800 mm/mn |
On voit nettement que la vitesse maximale obtenue est bien en deçà de la vitesse de consigne.
Cela signifie que l'augmentation de la vitesse n'aura d'impact sur le résultat que jusqu'à un certain seuil.
Au delà, seule la diminution de puissance aura un effet.
Sur cette machine je découpe du CTP standard de 5mm sous 30W et à 250mm/mn, soit environ le centième de la valeur maximale.
Graver à pleine vitesse et à pleine puissance ne marquerait que très légèrement le plus tendre des matériaux.
En résumé, les performances de cette machine ne pourraient être pleinement exploitées qu'en augmentant considérablement la surface utile et la puissance du laser.
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| Les options |
Les options indispensables :
- L'air assist qui évite la combustion en surface et qui maintien la lentille propre.
- Le dispositif d'arrêt d'urgence.
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Les options intéressantes mais souvent absentes :
- Le fonctionnement asservi de la pompe d'Air Assist.
- L'autofocus, plus confortable que le réglage manuel surtout lorsque la machine est couverte.
- Le détecteur de flammes.
- Les butées de courses maximales.
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Les options dont l'utilité est discutable :
- Le mode autonome composé d'un écran tactile et d'un lecteur de carte présente peu d'intérêt car les durées d'usinage sont courtes.
- Le positionnement par repérage laser uniquement destiné au mode autonome.
- La sécurité par inclinomètre (ou gyroscope), car franchement qui aurait l'idée de pencher la machine durant sont fonctionnement ?
- La reprise après coupure d'alimentation dont la fiabilité est loin d'être optimale.
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| Le caisson de confinement |
La gravure, et surtout la découpe au laser, produisent des fumées importantes, des odeurs et des émanations parfois toxiques.
Il est impensable de faire fonctionner ce type d'appareil sans procéder à une installation idoine.
Un dispositif d'extraction efficace, ignifugé et facile à entretenir doit impérativement être mis en place.
Il faut oublier le maigre ventilateur généralement fourni avec les caissons et opter pour un extracteur de type VMC.
L'entrée d'air doit être en rapport avec le débit de l'extracteur car l'enceinte ne doit pas se trouver en dépression.
Une solution simple et efficace consiste à surélever le caisson de quelques millimètre pour que l'air frais puisse entrer uniformément sur toute la périphérie.
Les fumées seront rejetées à l'extérieur ou dans des combles bien aérés.
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