Choix de la Puissance du Laser de Gravure CNC - 6W, 15W ou 45W ?

Lorsqu’on envisage un laser bleu pour la découpe et la gravure sur bois, il faut souvent choisir concernant sa puissance. Le laser 6W, comme le PLH3D-XT-50, offre un équilibre entre vitesse et précision. Ce laser est capable de graver des images en définition Ultra HD, tout en pouvant découper à la vitesse maximale des machines CNC populaires.

Cependant, ce niveau de précision requiert une machine non seulement très précise, mais aussi dotée d’une rigidité adaptée à des vitesses de fonctionnement garantissant une haute répétabilité de la trajectoire après changement de direction de la tête. De plus, un laser CNC moins puissant nécessite plus de temps pour terminer la gravure, car les images haute résolution sont composées d’un plus grand nombre de lignes fines, et agrandir la taille du spot (pixel) signifie un mouvement de tête plus lent.

La tête laser PLH3D-XF+ 6W est moins précise, mais permet en contrepartie un fonctionnement plus rapide grâce à une taille de pixel supérieure. Par exemple, elle peut rapidement produire une image de 30x30 cm composée de pixels de 0,5 mm. La résolution effective est de 600x600 pixels (360 000 points au total) tandis qu’avec un pixel de 0,1 mm, on obtiendrait une image de 9 millions de pixels (3000x3000). C’est une différence significative, surtout en termes de temps de gravure, tandis que la plus grande taille de pixel (et la résolution inférieure) ne sera visible qu’à une distance inférieure à 1-2 mètres.

La tête laser 15W comprend trois diodes laser et utilise des lentilles de haute précision pour atteindre la densité de puissance optique la plus élevée parmi ses modèles équivalents. Le PLH3D-15W présente la même taille de spot que le PLH3D-6W-XF+ avec l’amélioration optique uSpot, mais une densité de puissance trois fois supérieure, ce qui en fait une solution idéale pour la découpe rapide du bois.

Le PLH3D-XT8 offre une puissance optique inégalée de 45W, rendant la découpe de bois épais (jusqu’à 20 mm) particulièrement simple. Parallèlement, ce laser est capable de graver des images avec une haute résolution. Grâce à sa profondeur de foyer supérieure, il peut gérer les irrégularités de surface sans ajustements constants. Le XT8 est un outil indispensable pour la découpe laser du bois et des matériaux dérivés du bois.

Propriétés du Matériau

La découpe et la gravure du bois à l’aide d’un laser CNC dépendent du type de bois, de sa dureté, ainsi que d’autres paramètres tels que l’humidité ou la texture. Les matériaux les plus faciles à découper au laser sont le balsa et le contreplaqué aviation. Le contreplaqué est constitué de deux couches de bois légèrement plus dur et d’un noyau – généralement du balsa. La découpe laser de ces matériaux pose le moins de problèmes et le processus est hautement répétable, puisque ce bois n’a pas de nœuds et possède une structure homogène et mousseuse. Lors du choix d’un matériau adapté à la découpe ou à la gravure laser, il convient de vérifier son homogénéité. Certaines variantes de balsa sont moins coûteuses mais peuvent contenir des éclats de bois dur, plus difficiles à découper au laser CNC. Des règles similaires s’appliquent au contreplaqué aviation.

D’autres types de matériaux sont le bois massif et le contreplaqué dur, par exemple utilisés dans la fabrication de cadres de fenêtres. La dureté du bois et, pour le contreplaqué, les colles rendent ces matériaux peu adaptés à la découpe avec des lasers à diode. Pendant l’usinage avec un découpeur laser pour bois, un résidu semblable à du carbone se forme, noir et friable. Découper ces matériaux trop lentement provoque une accumulation de ce dépôt qui obscurcit le bois, ralentit encore la découpe, et le bois à proximité de la zone d’action du laser devient chaud et foncé. Il est donc essentiel de découper les matériaux durs à grande vitesse, en ne retirant que de fines couches. Ceci facilite l’évacuation des résidus et évite la surchauffe, l’assombrissement et la formation de dépôts indésirables. Vous pouvez également utiliser notre buse d’assistance par air à haute pression pour réduire la carbonisation et accélérer la découpe et la gravure laser du bois jusqu’à 6,5 fois la vitesse normale.

Sélection du Matériau et Préparation de la Surface

Les résultats de gravure dépendent fortement du type de bois. Plusieurs paramètres doivent être pris en compte.

Cernes de Croissance et Uniformité de la Surface. Pour des résultats de gravure optimaux, il faut généralement un matériau de couleur homogène. Lors de la gravure en niveaux de gris, rappelez-vous que les surfaces plus sombres absorbent davantage d’énergie laser (ce qui réduit le contraste de l’image). Tous les cernes, plus foncés, absorbent davantage la lumière et chauffent donc plus, même à puissance réduite du laser. L’image obtenue sera plus sombre à ces endroits, ce qui signifie que l’image gravée aura des variations de teinte non désirées. Les cernes resteront visibles, tel un ancien motif de papier peint recouvert d’une peinture partiellement transparente.

Matériaux à Base de Bois. Les panneaux MDF présentent des surfaces rendant bien les nuances de gris. Ce matériau n’a pas le charme du bois naturel, il est dépourvu de cernes qui confèrent un caractère unique aux images gravées, mais il offre en contrepartie un rendu fiable et parfaitement homogène des tons. Malheureusement, les panneaux MDF sont typiquement marron ou brun foncé donc les images gravées dessus n’auront ni contraste élevé ni couleurs claires. N’oubliez pas non plus que la gravure sur panneaux de fibres et MDF entraîne la formation de fumées toxiques.

Dureté du Bois. Généralement, graver du bois dur n’altère pas son apparence de façon significative. À l’inverse, le bois tendre – surtout sur les zones d’image les plus sombres, traitées par un faisceau laser plus puissant – sera brûlé en profondeur. Cet effet de brûlure sera particulièrement marqué sur le contreplaqué aviation et le balsa. De plus, les zones sombres seront recouvertes de dépôts friables susceptibles de salir la surface usinée.

Préparation de la Surface. Il vaut la peine de finir la surface du bois (par exemple avec du papier abrasif) afin de la rendre parfaitement plane et garantir une distance constante entre la tête laser et le matériau. C’est l’une des conditions fondamentales qui détermine la qualité des nuances obtenues. Une surface irrégulière entraîne non seulement une variation locale de la mise au point du faisceau laser, donc de la densité d’énergie du marquage, mais aussi du diamètre du point lumineux, ce qui modifie la taille du pixel obtenu. Il est donc impossible d’obtenir des nuances de gris uniformes sur un matériau irrégulier.

Vitesse vs Puissance

Réglage précis du point laser pour la gravure laser sur bois

Pour obtenir une vitesse de gravure élevée, il est nécessaire de focaliser le faisceau laser de manière adéquate. Pour cela, on peut utiliser l’une des deux méthodes de base. La première permet d’obtenir la plus petite taille de point possible et, par conséquent, la densité de puissance la plus élevée. Une toute petite surface de point assure que la densité de puissance – calculée comme la puissance divisée par la surface – atteigne son maximum, permettant la vitesse de travail la plus rapide. Le calibrage doit commencer par graver plusieurs lignes à différentes distances de la tête et selon les deux axes de déplacement de la machine. Il faut ensuite sélectionner les réglages ayant produit les lignes les plus fines sur la grille. Cette méthode présente un inconvénient : le point ne sera pas carré, ce qui découle des propriétés optiques de la tête laser qui projette l’émission du laser sur la surface bois. La forme arrondie du point n’est pas optimale pour la gravure d’images basées sur des pixels.

Les logiciels disponibles pour machines CNC peuvent offrir une fonction de sélection du type de point ainsi que de la méthode de gravure laser, par exemple de gauche à droite, de haut en bas, ou en diagonale. Notre expérience montre que les meilleurs résultats sont obtenus en mode diagonal. Cela assure la plus grande homogénéité des teintes. Aux bords du point, la densité de puissance est légèrement inférieure au centre. Ainsi, avec la méthode diagonale, les traces laissées par le laser se chevauchent légèrement, évitant la formation de bords distincts des lignes d’image, ainsi que les espaces entre elles.

Dans l'autre méthode de focalisation du faisceau déjà mentionnée, on cherche à obtenir un point laser carré dont la dimension correspond à la taille d’un pixel. Pour utiliser cette technique, il faut d’abord graver de petits carrés à différentes distances de la tête laser, et sélectionner les réglages qui ont produit des carrés avec des côtés d’épaisseur égale. Ainsi, le laser CNC gravera des lignes d’épaisseur constante, quel que soit le sens de déplacement (horizontal ou vertical).

La vitesse de gravure laser obtenue avec cette dernière méthode sera quelque peu inférieure à celle de la technique diagonale, mais le rendu visuel sera différent. Bien que chacune des méthodes décrites présente ses avantages et inconvénients, aucune ne peut être considérée comme meilleure ou pire. L’utilisateur devra tester chaque technique et décider laquelle répond le mieux à ses exigences.

Gravure sur bois traité au bicarbonate de soude

Le traitement d’une pièce de bois que vous souhaitez graver au laser peut vous aider à donner plus de profondeur à l’image.

Comment préparer votre bois

Pour commencer, il est nécessaire de choisir le type de bois adapté à votre usage. Le MDF n’est généralement pas recommandé en raison de sa forte teneur en colle. Le contreplaqué multiplex, par exemple le contreplaqué de bouleau, est en revanche beaucoup plus adapté. Pour obtenir les meilleurs résultats, il est recommandé de préparer un morceau de contreplaqué plat, lisse et poncé. Il est préférable de poncer votre morceau de contreplaqué avant d’y appliquer le bicarbonate de soude.

Comment préparer votre image

Assurez-vous que la photo est nette et de haute qualité. Par exemple, vous pouvez utiliser une photo d’au moins 350 DPI et de taille supérieure à 3000 par 3000 pixels. Il faut éviter les photos de basse qualité, sinon l’image gravée sera floue. Vous pouvez utiliser la technique des niveaux de gris.

Traitement avec du bicarbonate de soude

Pour préparer la solution de traitement, mélangez 4 cuillères à soupe de bicarbonate de soude avec 500 ml d’eau. Remuez bien et versez dans un flacon pulvérisateur. Vous pouvez ensuite pulvériser uniformément sur le bois et laisser sécher pendant 24 heures. Une fois complètement sec, vous remarquerez que le bois présente un effet de brume réfléchissante.

Vous pouvez éliminer cette brume réfléchissante à l’aide d’une ponceuse orbitale et d’un papier abrasif grain 320 pour retrouver une surface plane et lisse. Ensuite, utilisez un aspirateur muni d’une brosse pour nettoyer la surface que vous venez de poncer. Il est indispensable qu’il ne reste aucune trace blanche sur la pièce de bois.

Après avoir converti votre photo en niveaux de gris et calibré la distance de travail, placez la pièce de bois de manière à ce que le fil du bois soit perpendiculaire à la direction de la gravure laser.

Vous pouvez alors commencer la gravure sur bois. Il convient de noter qu’en raison du traitement au bicarbonate de soude, la puissance laser que vous utilisez habituellement gravera le bois de la même manière qu’une puissance plus faible en temps normal.

Il est judicieux de préparer un matériau test pour vérifier au préalable quelle puissance laser et quelle vitesse donneront un résultat satisfaisant. Il est possible de graver quelques millimètres pour voir si la nuance du motif gravé vous convient. Vous pouvez effectuer ce test pour différentes images. Il faut se concentrer sur les parties les plus foncées de l’image gravée et s’en servir comme référence pour déterminer vos paramètres optimaux.

Lorsque vous avez déterminé les paramètres requis pour obtenir la teinte de couleur souhaitée, vous pouvez commencer la gravure laser de votre pièce finale.

Lorsque l’image gravée est terminée, il reste toujours des résidus de cendres sur la pièce. Vous pouvez les éliminer par soufflage, mais ce n’est pas indispensable. Pour fixer l’image, vous devez appliquer plusieurs couches de finition sur la photo. Cette opération doit se faire en couches très fines, chaque couche devant sécher parfaitement avant d’appliquer la suivante. Après application de 3 couches fines de vernis et séchage complet de la pièce, vous pouvez manipuler la photo avec les mains.

Les résultats obtenus sont visibles ci-dessous :

En raison des risques sérieux pour la santé, le traitement de matériaux avec des lasers CNC de haute puissance exige le respect de certaines règles de sécurité :

• Lors de l’utilisation, portez toujours des lunettes de protection et soyez particulièrement attentif non seulement au faisceau lumineux émis par la tête, mais aussi aux rayons laser réfléchis et diffusés.
• Il est fortement recommandé d’installer des capots supplémentaires sur la machine, permettant une ventilation plus facile afin d’évacuer la fumée à l’extérieur du local, tout en offrant une protection complémentaire contre la lumière laser diffusée.
• Il est important de nettoyer la surface du bois à traiter de toute poussière, par exemple à l’aide d’un chiffon humide. Ainsi, lors de la gravure laser, vous éviterez l’inflammation de petites particules de matériau ou de poussière de bois.
• Le bois étant une matière inflammable qui produit une grande quantité de fumée, l’atelier doit être bien ventilé.
• Le traitement du contreplaqué, des panneaux de particules ou du MDF peut transformer les adhésifs contenus dans le matériau en fumées toxiques.

Nous remercions tout particulièrement Andre Alexander Wijn pour son travail de fond sur la section « Gravure sur bois traité au bicarbonate de soude » de cet article, incluant la recherche et les tests sur la gravure laser de bois traité, la fourniture de supports visuels et la rédaction du texte initial qui a ensuite été retravaillé et édité par notre équipe de développement Web. Nous remercions également Paul Deutsch (nous vous invitons à visiter son groupe Facebook PLDesigns) pour la fourniture de la photo Vitesse contre Puissance dans la section Gravure laser sur bois.