Types de marquages et gravures laser

Le terme « marquage laser » désigne le marquage permanent de tous les types de pièces à l'aide d'un marqueur laser, quelle que soit la profondeur de marquage/gravure. Vous trouverez ci-dessous un résumé des différents types de marquage. Les différents processus de marquage qui peuvent être générés avec des lasers CO₂ et proches infrarouge sont : les gravures laser par

• ablation
• recuit
• moussage
• et changement de couleur.

Selon le matériau et le champ d’application, un des quatre processus peut entraîner des marquages dotés d’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• durables – résistance sur le plan mécanique, thermique et chimique
• petit – marquages cachés
• difficiles à imiter – protection contre le plagiat

Marquage de données matricielles sur une pièce en aluminium coulé, l’aluminium a été foncé à l’aide de brèves impulsions, lors d’une seconde étape la matrice inverse a été polie, c’est-à-dire colorée plus claire pour augmenter davantage le contraste.

Ces caractéristiques de marquage fournissent également des informations sur les champs d’application : Les composants liés à la sécurité (p. ex. pour les véhicules) doivent souvent être traçables en raison des réglementations légales. De cette manière, en cas d’accumulation d’erreurs dans un lot, celui-ci peut être remplacé de manière sélective (p. ex. au cours d’un rappel). Les produits pouvant faire facilement l’objet de contrefaçons (p. ex. les montres, lunettes de soleil, etc.) peuvent facilement être détectés dans le domaine du plagiat grâce au marquage laser.

Avec le marquage laser, des textes résistants à l’abrasion, logos, numéros de série ou codes QR peuvent être appliqués de manière permanente sur les matériaux.

L’augmentation de la température provoquée par le laser entraîne la vaporisation du matériau dans la focalisation du laser. Cela se produit en moins d’une milliseconde. Pour les impulsions courtes (nanosecondes ou inférieures), ce processus est également nommé ablation. Toutefois, le matériau alentour est relativement peu chauffé. La profondeur de gravure dépend essentiellement de la puissance laser, de la vitesse de gravure et du matériau. La profondeur de gravure est de quelques microns à près d’un millimètre (ex. gravure de tampons avec un laser CO2 à haute puissance et faible vitesse d’alimentation). Si des matériaux avec une température de vaporisation élevée (p. ex. métaux) doivent être gravés en profondeur, le même marquage peut être lasérisé plusieurs fois et la profondeur de gravure augmente à chaque passage. Le retrait de la gravure est uniquement possible avec un affûtage ou un fraisage.

La méthode est pratiquement identique à la gravure laser, à la différence près que la gravure profonde nécessite plusieurs passages. Cette méthode est souvent utilisée sur des pièces en métal ou céramique et peut être soit optimisée en temps, soit en qualité. Avec la méthode optimisée en temps, la gravure est réalisée aussi rapidement que possible. Celle-ci est utilisée p. ex. pour les numéros de série qui doivent seulement être lisibles, mais pas esthétiques. Néanmoins, avec la méthode de qualité optimisée, les paramètres laser sont choisis de manière à obtenir la profondeur de gravure souhaitée avec la meilleure qualité possible. Cette méthode est souvent utilisée pour les marquages fonctionnels.

Avec le marquage laser par retrait, une couche de surface préalablement appliquée telle qu’un revêtement de peinture ou anodique est partiellement retiré par le faisceau laser pour exposer la couleur sous-jacente d’un composant. Le retrait est adapté aux pièces métalliques revêtues, mais est également largement utilisé pour les plastiques. Le retrait laser est particulièrement utilisé dans l’industrie automobile pour réaliser ce que l’on appelle le « design jour/nuit » de commutateurs ou de cadrans de commande. À cette fin, un plastique translucide (transparent) est tout d’abord fourni avec une couche de peinture en surface. Le marquage souhaité, texte ou icône, est ensuite exposé à l’aide d’un laser. Dans le noir, la lumière arrière peut illuminer le marquage.

Le marquage par recuit est une méthode exclusivement limitée aux métaux, ou plus précisément, aux alliages avec du fer et une faible teneur en carbone. Ici, l’action de chauffage et l’oxygène et la diffusion des composants de l’alliage changent la couleur du métal en surface. Les températures provoquées par le laser sont généralement entre 220 °C et 500 °C, restant inférieures à la température de fonte de l’alliage. Les couleurs de recuit sont visibles dans la vie quotidienne, p. ex. dans les tubulures d'échappement des motos, qui sont souvent teintées en violet doré. Le processus de teintage est similaire, puisque la température usuelle des gaz d’échappement d’un moteur à quatre temps est d’environ 300 °C.

Le gros avantage de cette méthode est qu’il n’y a pas de retrait de matériau. Cela implique la conservation de l’intégrité mécanique et, dans une large mesure, des propriétés chimiques (p. ex. antirouille). Dans le même temps, néanmoins, le marquage est aussi extrêmement durable, tant que le composant n’atteint pas les températures susmentionnées lors d’une utilisation ultérieure.

Cette méthode est principalement utilisée pour le marquage laser de plastiques. En raison de l’augmentation de la température provoquée par le laser (dans tous les cas inférieure à la température de vaporisation du matériau), des composants volatiles tels que de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’azote sont émis. Cela augmente la concentration de carbone dans la zone de traitement du laser. Le carbone pur (comme du graphite) est gris foncé/noir, tout comme le marquage produit. Comme pratiquement pas de matériau n’est retiré, les propriétés mécaniques sont conservées. En comparaison, on peut dire que le changement de couleur des produits en plastique produit des marquages similaires au marquage par recuit sur des métaux. Il faut savoir que les marquages de changement de couleur sont toujours sombres.

Avec le marquage à l’aide de changements de couleur sur des composants en plastique, celui-ci résiste à l’abrasion, supporte les produits de nettoyage, l’huile, les alcalies et acides.

Une des méthodes de marquage au laser qui fonctionne souvent avec les plastiques est appelée le moussage. Cette méthode peut être employée avec tous matériaux pouvant fondre. Le laser chauffe le matériau au-delà de la température de fonte, mais en dessous de la température de vaporisation. La masse fondue obtenue commence à bouillir, ce qui signifie que des cavités (« bulles ») se forment, à la manière de l’eau dans une casserole. La masse fondue se resolidifie très rapidement à la fin de l’impulsion laser, les bulles ne peuvent plus s’échapper de la masse fondue. Cela entraîne une augmentation du volume, des marquages de moussage sont créés, sans impressions. Les petites inclusions créent une lumière parasite, c’est-à-dire que les marquages moussés sont toujours clairs.