Machine découpe laser tube : évaluez la pertinence d'investir - Critères techniques, organisation production, cibles marchés/clients

La découpe laser tube est une technologie incontournable pour usiner et découper des tubes et profilés de manière industrielle. Une machine de découpe laser tube offre de très larges possibilités, notamment au niveau des ouvertures intérieures, souvent impossibles avec des moyens de production plus conventionnels (sciage, fraisage, perçage, etc.).
 

La variété de matières pouvant être découpées est importante : il peut s'agir de tubes ronds, carrés ou rectangulaires, de plats, de profilés ouverts en forme de L, de U ou spécifiques. Les matières utilisées correspondent à toutes les nuances d'acier, comme les inoxydables, l'aluminium, le cuivre et le laiton.

De nombreux domaines d'activités très différents utilisent des tubes et des profilés pour la conception et la fabrication de leurs produits afin de répondre à deux types de contrainte :

• un design très élaboré, comme par exemple dans le domaine du mobilier urbain, de bureau ou d'intérieur, dans le secteur du bâtiment (gardes-corps, clôtures, portails, etc.), en accastillage et dans bien d'autres secteurs.

• des contraintes techniques de conception, notamment pour la production de remorques ou de matériel agricole, de machines spéciales, la fabrication de bâtiments industriels, dans le secteur de l'énergie, etc.

D'autre part, la liberté des usinages pouvant être réalisés avec une machine de découpe de tubes/profilés permet d'élaborer des assemblages techniques. Ainsi, les intersections tube-tube ou tube-tôle peuvent être assemblés ou pré-assemblés avec, par exemple, la réalisation de tenon-mortaises, de systèmes de rainure pour glisser une tôle, de pattes ou d'ergots de fixation ou de positionnement. Il s'agit de solutions techniques à disposition du concepteur et permettant des gains de productivité dans les phases d'assemblage mécanique ou en soudure.

Quels sont les aspects à prendre en compte avant d'investir dans une machine de découpe laser tube ? Comment évaluer la capacité des machines à être précises et répétables ? Comment être productif, c'est-à-dire réduire le rapport temps de réglage et temps de découpe ?

Dans le cadre de cet article, Metal-Interface a interviewé Davide Rebessi, chef de produit Bystronic pour les machines tube qui partage son expérience des problématiques rencontrées par les fabricants et sous-traitants travaillant les tubes et les profilés.
 

La perte de précision lors la découpe sur une machine laser tube trouve sa cause dans deux facteurs principaux :

• Un tube ou un profilé n'est jamais complètement droit : c'est-à-dire qu'il y a un effet de 'flèche'.
  
  Plus le diamètre/dimension des tubes et profilés sont petits, plus ce phénomène s'accentue. Lors de la découpe, il est alors compliqué d'usiner le tube en respectant la position des ouvertures, en particulier par rapport aux autres formes découpés.

  

  
  Davide Rebessi précise ainsi que « les machines laser tube peuvent être équipées d'un système de 'scanning laser' pour définir la flèche du tube et ainsi corriger la trajectoire de la tête laser, ceci afin de la positionner avec précision en fonction de cet effet de "flèche". La tolérance atteinte est ainsi de plus ou moins 0,2 mm. »
  
  L'avantage de cette solution par 'scanning' est un calcul instantané, et donc aboutit à quasiment aucune perte de productivité contrairement à des systèmes avec palpeur mécanique qui nécessitent une phase de palpation puis d'adaptation des réglages par l'opérateur.
  
  Puis Davide Rebessi ajoute que « malheureusement, le 'scanning' des tubes est très rarement proposé sur les machines découpant des tubes jusqu'à un diamètre de 150 mm. Et pourtant, c'est encore plus important sur cette taille de tube que sur de plus gros diamètres ! »
   

• Le deuxième facteur est lié à l'avancement du tube durant la phase de découpe, qui est de nature à dégrader la précision de la découpe.
  
  Davide Rebessi explique que « pour gagner en précision, les vibrations doivent être réduites et la seule façon d'y parvenir est de scinder l'opération de déplacement du tube de celle de la découpe laser. C'est un choix qui peut être fait en fonction des productions et du niveau de tolérance attendue. Que faut-il privilégier : la qualité ou la productivité ? »
   

La vitesse de découpe des tubes et profilés est un aspect important mais qui ne doit pas occulter la productivité globale de l'équipement. En effet, le temps de réglage lors des lancements de lots peut impacter très fortement la productivité, notamment pour les industriels travaillant de petites ou moyennes séries. Le rapport entre le temps de fonctionnement de la tête de découpe laser et le temps global donne une indication intéressante pour évaluer la performance.
 

• Temps de réglage d'une machine de découpe laser tube/profilé

  

  Lorsque les productions sont des lots de petites ou moyennes séries, il est donc essentiel de pouvoir optimiser les temps de réglage. Ils seront d'ailleurs souvent plus impactants que la découpe à proprement parler.
  
  Davide Rebessi insiste sur la nécessité de pouvoir « automatiser au maximum les phases de préparation et de lancement des ordres de fabrication en production. »
   

  

• La vitesse de production de la machine laser tube lors de la découpe
  La puissance de la source laser et la vitesse de déplacement des axes sont naturellement des points à scruter.
  Néanmoins, Davide Rebessi explique que « sur des épaisseurs jusqu'à 3 mm, un mouvement simultané du tube et du faisceau laser permet un gain de productivité de 8 à 10 %. Il y a même sur ce point d'autres aspects à analyser dans le détail. »
   

• Le flux de production et l'optimisation de la zone d'implantation de la/les machine(s) laser tube
  La structure de l'atelier et le manque d'espace peut conduire l'industriel a être gêné par une configuration fixe de la machine. Ainsi, la possibilité d'inverser la zone de chargement/déchargement permet, parfois, d'améliorer les flux de production.
  
  Avec un îlot de plusieurs machines, le positionnement en miroir des découpes laser permet une gestion optimisée de deux machines dans une même zone. Ainsi, un seul opérateur peut gérer simultanément les deux équipements.
   

Pour conclure, nous vous proposons un petit mémo synthétique de quelques questions à se poser pour élaborer un cahier des charges visant à investir dans une machine de découpe laser tube :

• Quels sont les typologies de production : produit propre, sous-traitance, taille des production, etc. ?

• Quels sont les diamètres, les épaisseurs, les formes de profil, les types de tubes, etc. que je souhaite pouvoir réaliser ?

• Quels sont les attentes du point de vue de la précision, et notamment la tolérance ?

• Est-ce que la solution doit s'interfacer avec un logiciel de conception en amont ?

• Faire une sélection de pièces qui représentent le flux de production envisagé. Éviter le piège d'extrapoler autour d'une pièce en particulier, peut-être peu représentative, même si cette pièce pose des difficultés à produire actuellement.

• Comment organiser mon atelier et les flux de production, notamment le chargement de la matière première et le déchargement des pièces découpées ?

• Comment puis-je me différencier de mes concurrents avec cette nouvelle machine laser tube, notamment si je suis un sous-traitant ? Quels marchés et clients je souhaite développer ?