Comment choisir les bons matériaux

Bonjour, Maker !

Après l’achat d’une machine de gravure et de découpe laser, vous devez être impatient de vous plonger dans le traitement des matériaux. Il y a tellement de types de matériaux que vous pouvez utiliser, y compris le bois, le papier, le tissu et le cuir les plus ordinaires. En ajoutant un peu de design, vous pouvez recréer des peintures célèbres sur bois, découper des fleurs dans du papier ou même produire de la mode avec un morceau de tissu en coton.

Cependant, vous ne pouvez pas saisir un morceau de matériau quelque part et commencer immédiatement la gravure ou la découpe au laser. Il y a encore des problèmes importants dont vous devez vous soucier et des méthodes que vous pouvez suivre dans la sélection des matériaux.

Cet article vous donnera un aperçu des matériaux couramment utilisés pour la gravure et la découpe au laser et vous expliquera comment choisir un matériau approprié pour le traitement au laser.

Matériaux couramment utilisés pour le traitement au laser

1. Bois

Le bois est un matériau organique composé de cellulose et de lignine. Lors de l’interaction avec l’énergie laser, une combustion partielle se produit à l’intérieur du bois. Les principaux facteurs affectant les résultats du traitement au laser sont la densité, l’uniformité de la densité et la teneur en résine du bois.

La plupart des gens préfèrent utiliser du bois à faible densité, car il ne nécessite qu’une petite quantité de puissance laser et le traitement peut être rapide. La teneur en résine du bois détermine si les brûlures de bois sont plus foncées ou plus claires. Si vous gravez du bois résineux au laser, par exemple, la même quantité d’énergie laser peut produire une couleur plus foncée, ce qui entraîne un contraste plus élevé. Mais vous devez également faire attention à ne pas trop brûler le bois ou à ne pas prendre feu.

Les types de bois couramment utilisés pour le traitement au laser sont les suivants :

Tilleul

Le tilleul est un bois tendre avec une texture uniforme et un grain fin, c’est pourquoi la gravure et la découpe au laser se démarquent sur ce type de bois. En outre, le tilleul présente une couleur blanc crème ou brun pâle, ce qui le rend facile à peindre, teindre et finir après avoir été traité au laser. Et il a une teneur en résine relativement élevée, et donc seule une faible puissance laser est nécessaire pour graver ou couper un tilleul. Cependant, un tilleul mince a tendance à se déformer sous l’influence de l’humidité. Pour compenser cet inconvénient, le tilleul fin est généralement traité pour devenir du contreplaqué qui a tendance à ne pas se déformer ni se fissurer.

Âge

En tant que bois tendre et résineux, l’aulne convient parfaitement à la découpe et à la gravure au laser et produit une belle brûlure sombre. La couleur pâle et discrète de l’aulne permet des images gravées à contraste élevé, tandis que son grain léger n’enlève rien aux détails des motifs. Le seul inconvénient de l’aulne est la possibilité de présence de nœuds, ce qui peut compromettre la qualité du travail fini.

Cerise

Le cerisier est depuis longtemps un bois populaire pour la fabrication d’armoires et de meubles aux États-Unis. Le bois du cerisier est considéré comme un bois dur. Le bois de cerisier a une couleur rose clair à brun foncé, des grains droits et une texture brillante. Les produits fabriqués à partir de bois de cerisier sont durables et ont une belle apparence. De plus, le cerisier est un bois souple et lisse, ce qui en fait un choix idéal pour la découpe et la gravure au laser.

Contre-plaqué

Le contreplaqué est fabriqué à partir de plusieurs couches de placage de bois mince, qui sont collées ensemble avec un adhésif à haute température pour fabriquer un matériau en feuille composite. En tant que bois composite, le contreplaqué a une surface propre et légère et ne se déforme pas facilement lorsqu’il y a des changements dans les niveaux d’humidité atmosphérique. Ces propriétés en font un matériau facile à graver et à découper au laser.

Mais un incendie ou une fumée excessive peuvent se produire lors de la découpe au laser en raison du fait que le contreplaqué contient de la colle. Selon le bois et la colle utilisés, les performances du contreplaqué varient lors du traitement au laser. Il est recommandé de choisir un contreplaqué explicitement commercialisé pour une utilisation au laser. Le contreplaqué de bouleau est un bon choix en tant que contreplaqué le plus populaire pour la gravure et la découpe au laser.

Panneau de fibres à densité moyenne (MDF)

Le panneau de fibres à densité moyenne (communément appelé MDF) est un bois d’ingénierie fabriqué en combinant des fibres de bois avec des liants de résine, puis en les transformant en panneaux en appliquant une température et une pression élevées. Généralement, le MDF a une densité plus élevée que le contreplaqué. Le MDF peut produire de beaux résultats de gravure au laser grâce à sa surface lisse et ferme. Cependant, le MDF ne convient pas à la découpe au laser, car sa teneur en colle peut entraîner des carbonisations ou même des gaz et des fumées toxiques.

2. Plastique

Les plastiques couramment utilisés peuvent être principalement classés en deux types : les thermodurcissables et les thermoplastiques. Les deux types de plastiques ont des réactions distinctes avec l’énergie laser.

Pour les thermodurcissables, leurs chaînes polymères ont plus de connexions et se décomposent facilement lorsqu’elles sont chauffées. Ainsi, les plastiques thermodurcissables ne peuvent pas être fondus avec succès sans endommager la structure moléculaire et le changement de couleur du matériau. La gravure au laser sur des thermodurcissables peut produire des images claires et très contrastées. Mais couper au laser des thermodurcissables n’est pas facile car ce type de plastique durcit de manière irréversible après le changement de sa structure chimique.

Pour les thermoplastiques, leurs chaînes polymères sont plus simples et ont moins de connexions de liaison. Ainsi, les thermoplastiques peuvent être fondus facilement sans que les chaînes polymères ne se brisent. Lorsqu’un faisceau laser à haute énergie frappe un thermoplastique, le plastique fond, accomplissant le processus de découpe ou de gravure. Mais comme le processus de fusion n’entraîne pas de changement de couleur, la gravure au laser sur les thermoplastiques a des effets inapparents.

Il existe une large gamme de plastiques et bon nombre d’entre eux peuvent être traités au laser, tels que l’acrylique, le POM, l’EVA, le PA, le PC, le PE et le silicone. Mais il convient de noter que chaque plastique dégage plus ou moins des gaz toxiques, il est donc essentiel de travailler dans un espace bien ventilé, d’installer un système de filtration et de mettre des équipements de protection.

Acrylique

L’acrylique (PMMA), également connu sous le nom de plexiglas, est un thermoplastique utilisé comme l’un des matériaux les plus courants pour la découpe au laser. L’acrylique se coupe bien et en toute sécurité, ainsi que ses riches options de couleurs, devenant ainsi le meilleur plastique pour la découpe au laser. Il existe deux types d’acryliques fabriqués selon différentes méthodes : les acryliques extrudés et les acryliques coulés. L’acrylique extrudé se coupe en douceur avec un bord propre et poli à la flamme. L’acrylique coulé produit une couleur blanche givrée sous traitement au laser, permettant des motifs de gravure au laser à couper le souffle.

Delrin

Le Delrin, également connu sous le nom de polyoxyméthylène (POM), est un thermoplastique qui excelle en termes de durabilité, de rigidité et de stabilité dimensionnelle. Ces caractéristiques exceptionnelles en font l’un des matériaux les plus courants pour la fabrication de produits résistants à l’usure comme les engrenages et les roulements. En plus d’être rigide, le Delrin est également plus ductile que l’acrylique et le bois, promettant ainsi des découpes laser plus précises. Le tranchant est si lisse qu’il ne nécessite aucune autre finition. Cela dit, la découpe au laser Delrin dégagera des fumées piquantes et s’enflammera facilement si la puissance du laser est élevée.

Mousse d’éthylène et d’acétate de vinyle

L’EVA (éthylène acétate de vinyle) est un copolymère d’éthylène et d’acétate de vinyle. Ce type de thermoplastique est un matériau extrêmement élastique avec une ténacité à basse température, une résistance aux fissures sous contrainte et aux rayons UV. La mousse EVA a une structure à cellules fermées et conserve une excellente flexibilité et résilience. Lorsque vous coupez une mousse EVA avec un laser, le trait de coupe sera large en raison du processus de fusion à chaud et la couleur du bord de coupe sera légèrement modifiée en brun clair. Cependant, si vous gravez au laser une mousse EVA, la surface du matériau deviendra collante et prendra finalement une couleur plus foncée.

3. Tissu

La plupart des types de tissus conviennent à la découpe au laser, tandis que certains tissus, tels que le feutre et le molleton, peuvent également être traités par gravure au laser. Les tissus couramment utilisés pour le traitement au laser comprennent les produits en coton, en lin, en nylon, en soie et en laine.

Le laser ne nécessite qu’une petite quantité d’énergie pour graver ou couper des tissus. Le processus de contrôle précis de la machine permet des conceptions multicouches et complexes, produisant des vêtements détaillés et élégants qui jouissent d’une grande popularité dans l’industrie de la mode. Mais l’avantage le plus évident de l’interaction laser avec les tissus est le traitement sans contact. Les découpes au laser sont réalisées sans aucune pression sur le tissu, garantissant ainsi l’absence de bords rugueux ou d’effilochage. De plus, le faisceau laser à haute énergie peut créer des bords nets et scellés après la coupe. Toutes ces caractéristiques garantissent la supériorité de la technologie laser dans l’industrie de transformation des tissus.

Bien que la plupart des tissus puissent être bien coupés au laser, soyez prudent lorsque vous coupez des matériaux qui peuvent être recouverts de plastique, imprégnés de plastique ou fabriqués à partir de PVC. Ces matériaux sont susceptibles de s’enflammer ou de libérer des gaz qui peuvent endommager vos poumons et votre machine. 

4. Papier

Les types de papier sont diversifiés et peuvent être classés en fonction de plusieurs normes différentes. Néanmoins, les types de papier les plus couramment utilisés pour le traitement au laser sont le papier à lettres, le carton et le papier ondulé. Comme le papier est généralement fin et léger, la gravure au laser sur papier peut ne pas fonctionner correctement, mais la découpe au laser est la plus appropriée pour ce type de matériau, car elle est efficace et économe en énergie. C’est pourquoi un grand nombre d’entreprises utilisent des découpeuses laser pour créer des produits en papier sur mesure tels que des invitations de mariage. 

5. Cuir

Traditionnellement, les produits en cuir sont fabriqués à la main ou assistés par des outils électriques. Mais parce que le cuir est un matériau si solide et durable que le traitement du cuir peut prendre du temps et être inefficace, avec moins de choix de motifs. L’émergence du traitement au laser aide à résoudre ces problèmes.

Lorsqu’un faisceau laser très contrasté frappe la surface du cuir, il vaporise ou brûle rapidement le cuir. La gravure au laser du cuir donne un effet en creux et un contraste net et perceptible. La découpe du cuir au laser est incroyablement rapide et précise, ce qui rend les conceptions complexes faciles à produire.

La plupart des cuirs naturels peuvent être gravés ou découpés en toute sécurité avec une machine laser. Cependant, vous devez faire attention à ne pas utiliser de cuir artificiel. Les cuirs artificiels sont généralement fabriqués à partir de PVC, qui peut libérer des gaz toxiques lorsqu’ils sont chauffés, ce qui endommage votre machine et votre santé.

Principes de sélection des matériaux

Une machine de gravure et de découpe au laser est si polyvalente que la sélection des matériaux devient compliquée et pleine de possibilités. Une fois que vous connaissez les caractéristiques générales des matériaux couramment utilisés, vous pouvez toujours être confus face au traitement laser pratique. Existe-t-il des principes universels qui peuvent vous guider dans l’évaluation de chaque matériau ? Il y en a certainement ! Dans cette section, nous décrirons plus en détail les deux principes suivants que vous devez suivre pour choisir un matériau approprié pour le travail au laser :

• Priorité à la sécurité
• Considérez la capacité de la machine

1. Sécurité des matériaux

Pour graver ou découper un matériau au laser, la première chose dont vous devez vous soucier est la sécurité. Essentiellement, le laser brûle, fond ou vaporise les matériaux pour obtenir les effets souhaités. Étant exposés à des faisceaux laser à haute énergie, les propriétés physiques et chimiques des matériaux sont susceptibles de changer. Il est possible de produire un liquide collant, des flammes ou des vapeurs et gaz toxiques si un matériau inapproprié est utilisé, et par conséquent d’endommager votre machine, de nuire à votre santé ou de polluer l’environnement. Pour éviter les situations dangereuses, recherchez toujours les propriétés du matériau que vous souhaitez utiliser et renseignez-vous sur ses réactions possibles sous l’influence du laser, ou plus précisément, à haute température.

Matériaux que vous ne devriez jamais utiliser pour la gravure ou la découpe au laser

• Chlorure de polyvinyle (PVC)
• Acrylonitrile butadiène styrène (ABS)
• Époxy
• Polyéthylène haute densité (HDPE)
• Mousse de polystyrène et mousse de polypropylène
• Matériaux ignifuges

PVC : libère du chlore gazeux hautement corrosif. Le chlore gazeux causera de graves blessures physiques aux personnes et endommagera la machine.

ABS : fond lorsqu’il est chauffé, créant un désordre gluant. Émet du gaz cyanure toxique.

Époxy : susceptible de s’enflammer et de produire des fumées toxiques.

PEHD : fond et s’enflamme facilement.

Mousse de polystyrène et mousse de polypropylène : fond et s’enflamme facilement.

Matériaux ignifuges : contiennent généralement du brome, qui est corrosif. Les tissus cutanés seront endommagés s’ils entrent en contact avec le brome.

Il y a tellement plus de matières dangereuses et de dommages possibles que nous ne pouvons pas tous les énumérer. Pour protéger la machine ainsi que votre propre sécurité, vous devez vous familiariser avec les propriétés des matériaux et prêter attention aux notes d’utilisation de chaque matériau.

2. Capacité de la machine

Après avoir déterminé qu’un matériau peut être gravé et découpé au laser en toute sécurité, l’aspect suivant que vous devez évaluer est la capacité de votre machine. Votre machine laser est-elle capable de graver ou de découper le matériau que vous choisissez ? Pour répondre à cette question, vous devez prendre en compte les deux éléments : la longueur d’onde du laser et la puissance du laser.

Absorption matérielle de la longueur d’onde laser

Un milieu laser, également appelé milieu à gain, décrit le matériau utilisé pour générer une émission laser (émission stimulée). Chaque  milieu laser produit des faisceaux laser à une longueur d’onde très spécifique avec un niveau de puissance particulier. Plus la longueur d’onde de la lumière est courte, plus l’énergie qu’elle contient est élevée.

Les machines laser peuvent être classées en fonction du support laser qu’elles utilisent, et le support laser détermine la longueur d’onde du laser.

Bien que la lumière avec une longueur d’onde plus courte ait une énergie plus élevée, cela ne signifie pas que plus la longueur d’onde est courte, meilleures sont les performances du laser. Chaque matériau a un spectre d’absorption caractéristique. Par exemple, le sapin argenté absorbe mieux la lumière à une longueur d’onde d’environ 1000 nm que la lumière avec des longueurs d’onde allant de 800 à 900 nm, comme le montrent les images suivantes.

Par conséquent, vous n’avez pas nécessairement besoin d’une machine laser qui émet de la lumière de la longueur d’onde la plus courte pour obtenir le meilleur effet de traitement laser. Pour choisir une machine de gravure et de découpe laser, vous devez prendre en considération de nombreux éléments tels que la taille de la machine, l’application et le prix. Différents types de machines laser ont leurs propres forces et faiblesses. Tant que vous choisissez les bons matériaux qui conviennent à votre machine, vous pouvez créer des œuvres étonnantes. Revenons à notre discussion sur la longueur d’onde laser, chaque type de machine laser émet des faisceaux laser d’une longueur d’onde spécifique, tandis que chaque matériau a un taux d’absorption différent sur différentes longueurs d’onde de lumière. Par conséquent, en fonction de la longueur d’onde laser produite par votre machine,

Le tableau suivant fournit une référence sur la façon de choisir les matériaux en fonction de la longueur d’onde laser.

Types de machines	Matériaux couramment utilisés pour le traitement au laser
Machine de gravure et découpe laser CO₂(10,6 μm）	Papier, bois, tissu, plastique, cuir, caoutchouc
Machine de gravure et de découpe laser à semi-conducteur/diode laser(400-1064 nm)	Papier, bois, tissu, plastique, cuir, caoutchouc
Machine de gravure et de découpe laser à fibre(1030–2100nm)	Acier inoxydable, acier au carbone, acier galvanisé, cuivre, aluminium
Laser vert(532 nm)	Le laser vert est généralement utilisé pour fabriquer des pointeurs laser qui n’ont pas de fonction de gravure ou de découpe
Machine de gravure et de découpe laser UV(355 nm)	Papier, bois, tissu, plastique, cuir, caoutchouc, céramique, verre, métal(La lumière UV a un taux d’absorption élevé sur presque tous les matériaux.)

Puissance laser et densité et épaisseur des matériaux

La puissance laser est mesurée en Watts. Plus il y a de watts, plus le laser est puissant. Une machine de gravure et de découpe laser avec une puissance laser plus élevée a des applications plus larges. C’est parce que la puissance laser d’une machine est réglable. Une puissance maximale plus élevée permet une plage de réglage plus large, ce qui se traduit par des applications plus diverses. Normalement, les machines laser vendues aux particuliers ont une puissance laser allant jusqu’à 120 Watt. Les machines à puissance laser plus élevée sont principalement utilisées dans la fabrication industrielle.

La puissance du laser est l’un des facteurs les plus importants qui déterminent le type de matériaux que vous pouvez utiliser. L’énergie requise et la puissance nécessaire varient en fonction du matériau gravé ou découpé par rapport à la densité de ce matériau. Un matériau avec une densité plus élevée nécessitera un laser plus puissant pour la gravure et la découpe.

En particulier, pour la découpe laser, l’épaisseur du matériau dépend également de la puissance du laser. Plus de puissance laser peut produire des coupes plus profondes. Sans une puissance laser suffisante, une machine laser ne peut pas découper des matériaux très épais. Comme le montre l’image suivante, un matériau épais nécessite plusieurs coupes. Chaque fois que la tête laser commence la passe de coupe suivante, la hauteur du laser diminue automatiquement sur une certaine distance afin de garantir que le point focal tombe toujours sur la surface de destination. Cependant, la tête laser ne peut pas descendre sans limite car elle finira par entrer en collision avec la surface du matériau. De plus, lorsque vous coupez profondément dans un matériau, le faisceau laser en forme de cône sera partiellement bloqué par les matériaux des deux côtés du trait de coupe. Lorsque le laser traverse le trait de scie étroit et atteint enfin la destination,

Le tableau suivant fournit des informations sur la puissance laser minimale requise pour traiter certains matériaux couramment utilisés.