Le marquage laser est une technologie révolutionnaire qui est actuellement utilisée dans une très grande variété d'applications.
Elle s'applique sous de nombreuses formes, allant de la gravure, du recuit, du moussage, à la coloration et aux techniques d'enlèvement.
Choisir la technique et la machine à utiliser pour chaque application souhaitée est ce qui préoccupe la plupart des gens.
Cela s'explique par le fait que différentes surfaces ont des exigences différentes et que différentes machines ont été conçues pour être utilisées de différentes manières.
Prenez donc 10 minutes de votre temps et laissez Heatsign Marking vous montrer comment identifier le type de machine dont vous avez besoin pour vos applications.
Qu'est-ce que le marquage laser ?
Le marquage laser est un procédé d'étiquetage de matériaux utilisant un faisceau laser focalisé. Lorsque ce faisceau interagit avec la surface du matériau, il modifie l'aspect de la zone marquée pour y faire apparaître le motif souhaité.
Ce résultat est obtenu par décoloration, qui se produit lorsque le faisceau laser de faible puissance atteint la zone marquée. Le marquage laser permet de créer des marques à contraste élevé et de haute précision sans altérer la surface du matériau.
C’est la principale différence entre le marquage laser et la gravure laser, qui est un procédé soustractif laissant des empreintes sur la surface.
De quoi parle cet article ?
L'achat d'une machine de marquage laser ne doit absolument pas paraître technique.
En réalité, la plupart des arguments marketing submergent les acheteurs potentiels de détails dont ils n'ont pas besoin lorsqu'ils choisissent d'acheter des machines de marquage laser.
Cependant, il est presque toujours nécessaire de faire des recherches pour déterminer la machine qui correspond le mieux à vos besoins.
Il existe cinq principaux types de marqueurs laser ;
- Machines laser à fibre,
- Machines laser vertes,
- machines laser UV,
- machines laser CO2,
- Machines laser Mopa.
Le type de machines nécessaires varie selon les matériaux. En effet, la gravure laser peut être réalisée sur de nombreux matériaux, notamment différents types de métaux, de plastique, de verre, de bois, de papier, de céramique et même de pierre.
Choisir le mauvais équipement peut donc s'avérer un processus pénible et coûteux.
C’est d’autant plus vrai si vous n’avez pas déterminé avec précision ce dont vous avez besoin, en raison des problèmes de temps, de transport et de garantie qui peuvent survenir lorsque vous souhaitez passer à la machine adéquate.
Un aperçu rapide de la technologie
Le terme laser est en fait un acronyme pour « Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ».
Les lasers possèdent trois propriétés distinctes qui, utilisées conjointement, permettent de réaliser un marquage permanent sur une grande variété de matériaux.
- Faisceaux hautement monochromatiques ; cela signifie que les faisceaux sont composés d’ondes lumineuses d’une seule longueur d’onde précise.
- Directivité exceptionnelle; cela signifie que les faisceaux sont constitués d'ondes lumineuses parallèles qui ne se rencontrent pas et ne se dispersent pas lorsqu'elles parcourent une distance.
- Cohérence élevée, ce qui signifie que les ondes sont en phase les unes avec les autres.
Une machine de gravure laser se compose de trois parties principales : un laser, un contrôleur et une surface de gravure. Le laser fonctionne comme un crayon, émettant un faisceau monochromatique de haute qualité qui permet au contrôleur de tracer des motifs sur la surface. Le contrôleur gère la direction, l’intensité, la vitesse et la diffusion du faisceau laser pendant son fonctionnement sur la surface.
Il existe trois principaux types de techniques de gravure utilisées par les différents types de graveurs laser.
Techniques de marquage
Elles comprennent la table XY, la technique cylindrique et la technique du miroir galvanométrique.
Le tableau XY
La technique la plus courante est celle de la table XY. Dans la plupart des modèles, la pièce (surface) est fixe et l'optique laser se déplace autour d'elle selon les axes X et Y, traçant des vecteurs sur sa surface. D'autres modèles proposent des variantes où le laser est fixe et la pièce se déplace, ou inversement. C'est ce qu'on appelle le mode vectoriel.
Marquage laser cylindrique
Cette technique est destinée aux pièces cylindriques comme les tubes (ou aux pièces plates montées autour d'un cylindre). Le laser parcourt une fine hélice, généralement sur un cylindre en rotation, grâce à des impulsions marche/arrêt qui produisent l'image souhaitée par balayage.
Miroirs galvanométriques
Dans la troisième méthode, le laser et la pièce à usiner sont immobiles. Des miroirs galvanométriques utilisent un mécanisme de réflexion pour déplacer le faisceau laser sur la surface de la pièce. Les graveurs laser utilisant cette technologie peuvent fonctionner en mode raster ou vectoriel.
Le point de repère
Il s'agit du point de contact entre le faisceau laser et la surface à traiter. Ce point doit toujours se situer dans le plan focal du système optique du laser, généralement au même endroit que le foyer du faisceau . Ce point est généralement très petit, parfois inférieur à une fraction de millimètre. Il est généralement caractéristique de la longueur d'onde optique du faisceau, et seule la matière située à l'intérieur de ce plan est significativement affectée lorsque le faisceau laser frappe la surface.
L'énergie délivrée par le laser modifie la structure chimique ou vaporise le matériau au point focal, révélant ainsi le marquage souhaité.
La principale différence entre les types de machines laser utilisées dans les applications de marquage réside dans les longueurs d'onde qu'elles prennent en charge et dans leur puissance, qui détermine la vitesse de fonctionnement.
Des longueurs d'onde différentes impliquent que différents types de machines seront adaptés à différentes surfaces de marquage.
Cependant, de manière générale, les systèmes de marquage laser présentent des avantages distincts par rapport aux autres types de marquage.
Elles permettent de réduire les temps d'arrêt, d'éliminer ou de réduire considérablement l'utilisation de consommables, de créer des marques permanentes à contraste élevé et, au final, de réduire les coûts et la maintenance préventive.
Facteurs à prendre en compte pour évaluer le système de marquage laser approprié
Lors du choix du modèle idéal pour l'usage que vous prévoyez, voici les principaux éléments à prendre en considération :
Surfaces de marquage mobiles ou fixes
Si vous avez besoin d'une machine à intégrer dans une ligne de production pour le traitement continu de pièces, les modèles capables de réaliser le marquage de pièces mobiles à une vitesse prédéterminée constituent un excellent choix, car ils offrent une efficacité de processus élevée.
Vitesse de la ligne
En raison des propriétés variables des longueurs d'onde et de la puissance des lasers, différents systèmes donneront des résultats différents selon la vitesse de production des pièces. Les lignes de production à grande vitesse nécessiteront des marqueurs de forte puissance afin de marquer efficacement toutes les pièces en cours de fabrication.
Matériel à marquer
Comme nous le verrons plus loin, les marqueurs laser peuvent fonctionner sur une grande variété de surfaces. Le choix du marqueur dépendra principalement des matériaux à marquer. Par exemple, les lasers à fibre sont très performants sur les métaux, tandis que les lasers CO2 sont particulièrement adaptés aux matériaux non métalliques.
Conditions environnementales
Certaines machines sont sensibles aux environnements de travail présentant une forte propension à la poussière, aux chocs et aux vibrations, tandis que d'autres sont robustes et peuvent résister à ces environnements.
Charge de travail prévue
Certaines machines laser ont une faible vitesse et peuvent ne pas convenir aux charges de travail élevées. Par exemple, pour le marquage des métaux, il peut être plus rentable à long terme d'utiliser des lasers à fibre plutôt que des lasers CO2.
Services après-vente fournis
L'installation et l'utilisation de la machine peuvent parfois s'avérer complexes. Bien que la plupart des marqueurs laser nécessitent peu d'entretien et aient une longue durée de vie, il est judicieux de choisir un fournisseur disposant d'une expertise locale ou capable d'apporter une assistance immédiate lors de l'achat d'un tel équipement.
Comprendre les cinq types de marqueurs laser
Laser à fibre
La technologie de marquage laser à fibre est devenue ces dernières années l'une des technologies de marquage direct de pièces les plus recherchées au monde.
Avec des niveaux de puissance allant de 20 à 50 watts, les machines de marquage laser à fibre font partie des machines de marquage laser les plus puissantes du marché.
Ces machines sont idéales pour la gravure en profondeur ou la gravure chimique, avec d'excellents résultats sur les métaux durs ou lorsqu'on a besoin de systèmes haute puissance avec une taille de point réduite pour obtenir une haute résolution.
La haute qualité du faisceau et la petite taille du point focal, obtenues grâce à des lentilles plus grandes, permettent d'utiliser le laser à fibre pour des applications de marquage par lots de petits composants ou pour la découpe de métaux très fins.
Applications
Il existe plusieurs façons d'utiliser les lasers à fibre.
Marquage couleur :
Ce type de marquage permet de créer différentes nuances de couleurs sur un matériau en modulant la vitesse, la puissance, la fréquence et la durée d'impulsion. Les meilleurs résultats en marquage couleur sont obtenus sur l'acier inoxydable et l'aluminium, notamment avec un marqueur laser à fibre MOPA.
Une autre technique de marquage couleur consiste à retirer la couleur d'un matériau revêtu afin de révéler un matériau sous-jacent de couleur différente. Cette technologie est principalement utilisée pour les accessoires, les étiquettes et les emballages.
Recuit :
Il s'agit du durcissement d'une surface métallique par laser, permettant également la production de diverses couleurs grâce au marquage laser couleur. Différentes nuances de vert, de rouge et de jaune peuvent être obtenues avec différents matériaux.
Moussant :
Il s'agit d'un traitement qui laisse la zone ciblée plus claire que le reste de la pièce traitée.
Carbonisation:
La carbonisation consiste à rompre les liaisons carbone pour créer des zones plus foncées sans altérer la surface du matériau. Elle est principalement utilisée pour les plastiques légers et les matériaux organiques.
Marquage jour/nuit :
La technologie laser à fibre permet de réaliser des marquages parfaitement lisibles de jour comme de nuit. Elle trouve ainsi des applications utiles sur les tableaux de bord, les réflecteurs, les plaques d'immatriculation, les montres, la signalétique de sécurité et les panneaux de porte.
Avantages
Les marqueurs laser à fibre produisent un faisceau d'excellente qualité, utilisable sur une grande variété de surfaces. Grâce à la haute filtration des faisceaux de lumière monochromatique, la variation de puissance d'un même type de faisceau permet de travailler sur de nombreux types de surfaces.
Les marqueurs laser à fibre sont extrêmement durables.
Certains modèles sont conçus selon une approche modulaire, ce qui leur confère une très grande flexibilité quant à la zone de marquage sur laquelle ils peuvent travailler, et la capacité de bien fonctionner avec des surfaces de marquage complexes.
Elles présentent généralement une consommation d'énergie économique, avec un taux de conversion photoélectrique d'environ 25 %, ce qui est l'un des meilleurs du secteur.
Il est possible d'obtenir différentes profondeurs de gravure laser, en fonction de l'objectif visé, en faisant varier la puissance des machines sélectionnées.
Les marqueurs laser à fibre font également partie des machines de marquage les plus rapides que vous puissiez utiliser.
Inconvénients
Lors du marquage de matériaux très épais ou très réfléchissants, la vitesse est réduite. De plus, la gravure profonde sur la plupart des métaux est limitée.
Laser vert
Les machines de marquage laser vert sont conçues pour marquer des matériaux hautement réfléchissants. Elles fonctionnent également sur des substrats très sensibles comme les plaquettes de silicium, offrant une grande facilité d'utilisation et une haute précision. Elles fonctionnent dans le spectre de la lumière visible proche infrarouge (à 532 nm) et avec une puissance de 5 à 10 watts.
Ils sont parfaits pour les plastiques souples, les cartes de circuits imprimés, les puces de circuits intégrés et pour le traçage ou le marquage des cellules solaires de compositions matérielles diverses.
Les avantages intrinsèques de la longueur d'onde de 532 nm incluent une meilleure absorption par de nombreux types de matériaux et une réduction de l'énergie thermique, ce qui permet de marquer des substrats inaccessibles aux longueurs d'onde plus élevées. Les marqueurs laser verts offrent également des points de marquage très précis, jusqu'à 10 µm.
Avantages
- Les marqueurs laser verts atteignent une très haute précision qui permet le micro-marquage de caractères de moins de 1 mm avec des largeurs très faibles allant jusqu'à 10 µm.
- Ils permettent d'obtenir un transfert thermique très faible vers les surfaces de travail, ce qui est idéal pour les matériaux très sensibles.
- Les marqueurs laser verts sont idéaux pour le marquage des semi-conducteurs, des circuits imprimés, de la céramique et des résines époxy.
- Ils peuvent être utilisés pour le décapage, le marquage par revêtement en couche mince et le travail sur des matériaux qui ne réagissent pas à d'autres formes de faisceaux infrarouges.
- La conception mécanique et optique robuste permet aux machines de fonctionner dans des environnements industriels à grande vitesse où la poussière, les chocs et les vibrations sont fréquents.
Inconvénients
- Ils sont chers et ne sont pas idéaux pour le marquage de profondeur.
laser UV
Le rayonnement ultraviolet (UV) représente une bande du spectre électromagnétique dont les longueurs d'onde s'étendent de 10 nm à 400 nm. Elles sont plus courtes que celles de la lumière visible, mais plus longues que celles des rayons X.
Les ultraviolets de grande longueur d'onde ne sont pas considérés comme un rayonnement ionisant car leurs photons n'ont pas l'énergie nécessaire pour ioniser les atomes. Cependant, ils peuvent provoquer des réactions chimiques qui rendent les substances luminescentes ou fluorescentes.
De ce fait, les effets chimiques et biologiques des UV sont bien plus vastes qu'un simple chauffage, et de nombreuses applications pratiques du rayonnement UV sont possibles grâce à ses interactions avec les molécules organiques.
Les lasers à gaz, les lasers à semi-conducteurs et les diodes peuvent être utilisés pour fabriquer des machines qui émettent des rayons ultraviolets, et il existe des lasers qui couvrent toute la gamme UV.
Depuis la découverte du laser excimère, il est possible d'obtenir une lumière ultraviolette intense. Les chercheurs ont exploré et mis en évidence les propriétés uniques de cette nouvelle source lumineuse. La découverte et l'optimisation de divers phénomènes liés à l'énergie UV et aux interactions avec les matériaux ont permis l'émergence d'applications pratiques.
Les machines de marquage laser UV sont une manifestation de cette technologie.
Ces marqueurs sont généralement conçus pour la longueur d'onde laser UV de 355 nm et permettent de marquer une large gamme de matériaux. Ils sont parfaitement adaptés aux applications de marquage à froid, où les lasers produisant de la chaleur ne conviennent pas. Les UV-C peuvent marquer des matériaux comme les plastiques, la céramique et le verre sans additifs. Grâce à la haute qualité de leur faisceau, ils permettent le micro-marquage de composants électroniques, de circuits imprimés et de microprocesseurs. Ils sont également idéaux pour le marquage de panneaux solaires et d'équipements médicaux de précision (par exemple, les éprouvettes graduées et les seringues).
Applications
Utilisé dans l'industrie médicale et pharmaceutique pour marquer les équipements peu résistants à la chaleur, comme les plastiques.
Utilisé dans l'industrie électronique pour marquer les cartes de circuits imprimés et les microprocesseurs avec des polices de caractères de haute qualité <1 mm.
Avantages
Permet de marquer le verre sans risque de microfissures
Les UVC sont efficaces en termes d'utilisation de l'énergie
Inconvénients
- Les machines de marquage laser UV ne conviennent pas à la gravure ou au marquage profond des métaux.
- Les machines laser UV sont très chères. Les machines industrielles peuvent coûter jusqu'à 20 000 dollars.
Laser CO2
Les machines de marquage laser CO2 sont généralement des systèmes de marquage laser à tube scellé avec faisceaux orientables par galvanomètre, conçus pour le marquage de surfaces non métalliques comme le bois, le verre, le quartz et la céramique. Elles peuvent également marquer les textiles et autres matériaux organiques, fonctionnant à une longueur d'onde de 10 600 nm.
Ces machines servent à produire des codes-barres, des numéros de série et des logos sur des métaux et d'autres surfaces.
Lors du marquage laser de métaux nus à l'aide d'un laser CO2, un agent de marquage spécial (spray ou pâte) est appliqué sur le métal avant la gravure. Une fois le faisceau laser appliqué, la chaleur du laser fixe l'agent de marquage au métal, créant ainsi un marquage permanent à contraste élevé.
Ces machines sont rapides et abordables. Elles comptent parmi les plus anciens types de graveurs et de marqueurs, et peuvent également marquer des matériaux organiques tels que le bois, la céramique (notamment les carreaux), la pierre, etc.
Les systèmes laser CO2 peuvent être utilisés avec un large éventail d'applications, comme Windows et Linux, et sont très faciles à utiliser.
Applications
Les lasers CO2 sont largement utilisés dans l'emballage des aliments, des médicaments ou de l'alcool, les circuits intégrés, les appareils électriques, les communications mobiles, les microprocesseurs et les composants électroniques.
Grâce à leur longueur d'onde, les lasers CO2 scellés offrent les meilleurs résultats de marquage sur les matériaux organiques comme le bois, le papier ou le cuir, ainsi que sur certains polymères plastiques. Les lasers CO2 conviennent également au marquage du verre dans certaines situations.
Avantages
Idéal pour les métaux revêtus, tels que l'aluminium peint ou le laiton peint, qui ne nécessitent aucun prétraitement.
Les lasers CO2 sont particulièrement adaptés aux matériaux non métalliques, permettant un marquage de qualité sur des matériaux tels que le bois, le cuir, le papier, le plastique, le verre, la céramique et l'acrylique.
Inconvénients
Si vous souhaitez acquérir une machine laser CO2 haute puissance, le prix peut être très élevé. Sur Amazon, ces machines sont proposées à des prix allant de 1 400 $ à 10 000 $.
Le taux de conversion photoélectrique du procédé n'est que de 10 %, et la consommation d'énergie est élevée.
Les machines de marquage laser CO2 présentent des débits nettement inférieurs à ceux des lasers à fibre pour le marquage des métaux. Ceci s'explique par le temps nécessaire au revêtement ou au prétraitement avec un agent de marquage spécifique.
La durée de vie d'un tube laser CO2 en verre est inférieure à 2000 heures, celle d'un tube laser CO2 RF en métal est supérieure à 20 000 heures, mais son prix est élevé.
Les lasers CO2 sont également plus coûteux à entretenir et leurs exigences opérationnelles sont plus élevées.
Laser MOPA
Les machines de marquage laser MOPA sont très similaires, de par leur conception et leur aspect, aux marqueurs laser à fibre.
Cependant, la technologie interne est différente, ce qui lui confère des capacités différentes.
Les machines MOPA offrent un rendement énergétique élevé grâce à l'utilisation d'un amplificateur de puissance à oscillateur maître. Dans cette technologie, l'oscillateur maître (« MO ») produit un faisceau hautement cohérent, et un amplificateur optique (« A ») est utilisé pour augmenter la puissance du faisceau tout en préservant ses propriétés principales. Elles peuvent atteindre des amplitudes jusqu'à 2 700 kHz, contre seulement 500 kHz pour les lasers à fibre à commutation Q.
L'oscillateur maître n'a pas besoin d'être puissant, ni de fonctionner avec un rendement élevé, car ce dernier est principalement déterminé par l'amplificateur de puissance.
Plusieurs amplificateurs de puissance laser peuvent être amorcés par un oscillateur maître commun, ce qui peut offrir une grande polyvalence dans une installation de production.
Ces machines permettent d'obtenir d'excellents résultats grâce à un marquage multicolore reproductible sur acier inoxydable, un marquage noir à contraste élevé sur aluminium anodisé et un marquage à contraste élevé sur plastiques.
Applications
Étant donné que la plupart des boîtiers de téléphones portables sont fabriqués en aluminium anodisé, le laser MOPA est principalement utilisé pour graver des numéros IMEI et des codes-barres à contraste élevé sur les boîtiers.
Les fabricants artisanaux peuvent également produire de très beaux modèles en utilisant les couleurs verte, rose, violette, bleue, rouge et noire sur de l'acier inoxydable.
Le laser MOPA, capable d'ajuster la largeur d'impulsion pour obtenir différents résultats de marquage, constitue également un excellent choix pour le marquage des plastiques.
Avantages
- Peut être marqué sur de l'acier inoxydable en différentes couleurs.
- Vous obtiendrez moins de brûlures ou de fusions sur les bords des surfaces travaillées, notamment lors de la gravure.
- Moins de dégagement de chaleur lors du recuit des marquages sur le métal, ce qui conduit à une meilleure résistance à la corrosion, à une meilleure résistance à la traction et à une meilleure durabilité des pièces.
- Permet d'obtenir des marquages plus homogènes et parfois plus contrastés sur certains plastiques.
- Réduit la formation de mousse lors de la manipulation des matières plastiques
Inconvénients
La technologie MOPA existe depuis un certain temps déjà, mais la recherche dans ce domaine est toujours en cours, c'est pourquoi les meilleures machines restent à concevoir.
Les machines MOPA sont presque toujours plus chères que les marqueurs laser à fibre à commutation Q.
Le bois, le verre et certains types de plastiques ne fonctionneront jamais avec les lasers MOPA, tout comme c'est le cas avec les marqueurs à commutation Q ou à impulsions fixes.
Les lasers à largeur d'impulsion variable coûtent plus cher et sont beaucoup plus compliqués à utiliser pour la raison suivante : trouver les bons réglages de puissance, de vitesse, de fréquence d'impulsion et de remplissage de ligne pour n'importe quel matériau avec un laser MOPA peut s'avérer difficile.
Conclusion
Les lasers à fibre sont performants sur les métaux, tandis que les lasers CO2 sont plus adaptés aux non-métaux. Les marqueurs laser UV sont parfaits pour le marquage fluorescent sur des matériaux à basse température. Lors du passage de la gravure à petite échelle à la production en grande série, le choix des machines de marquage laser industrielles est crucial pour garantir un fonctionnement continu 24 h/24 et 7 j/7 et une maintenance minimale.
Foire aux questions
Pour le marquage sur des métaux hautement réfléchissants ou des matériaux thermosensibles comme les plaquettes de silicium, quel laser est recommandé ?
Pour ce type de matériaux délicats et complexes, le guide recommande un laser vert. Sa longueur d'onde de 532 nm permet une meilleure absorption par le matériau et génère un transfert thermique très faible, ce qui le rend idéal pour les substrats très sensibles.
Quels sont les principaux facteurs à prendre en compte lors du choix du système de marquage laser adapté à mon entreprise ?
Ce guide met en lumière plusieurs facteurs clés à prendre en compte. Il s'agit notamment du type de matériau à marquer, des exigences de vitesse et de charge de travail de votre production, des conditions environnementales de votre atelier et de la disponibilité d'un service après-vente et d'une assistance de qualité.
Le texte décrit trois techniques de marquage : table XY, cylindre et galvanomètre. Laquelle est la plus adaptée à un objet en rotation ?
Pour le marquage d'une pièce cylindrique, comme un tuyau ou une bouteille, la technique de marquage laser cylindrique est la solution idéale. Cette méthode utilise un mécanisme rotatif qui fait tourner l'objet pendant que le laser le parcourt, produisant ainsi l'image souhaitée par balayage.
Qu’est-ce que la « carbonisation » et sur quels matériaux cette technique laser à fibre fonctionne-t-elle le mieux ?
La carbonisation est une technique de marquage qui utilise la chaleur du laser pour détruire les liaisons carbone à la surface du matériau. On obtient ainsi des zones marquées plus foncées sans altérer la surface elle-même. Le guide précise que cette méthode est principalement utilisée pour le marquage des plastiques clairs et autres matériaux organiques.
Information très utile, merci du partage.
Très intéressant, bon travail et merci d'avoir partagé ces précieuses informations.