La gravure au laser est un terme large qui englobe une variété de processus de marquage et de gravure superficielle. Il est utilisé sur une grande variété d’articles, tels que des pièces automobiles, des dispositifs médicaux, des barils, des composants microélectroniques et des pierres tombales.
La gravure au laser est une méthode permettant de créer des marques ou des motifs visibles sur une variété de matériaux. En fait, la définition exacte de « gravure » (par opposition au marquage ou à la gravure) varie en fonction du matériau et de l'application. En général, la gravure laser est différente du marquage ; cela implique de modifier le contour de la surface de la pièce, plutôt que de simplement changer la couleur ou la texture de la surface. Cependant, ce changement de contour (qui peut être des zones en relief ou en retrait) est généralement beaucoup moins profond que les changements provoqués par la gravure au laser.
La gravure au laser est mise en œuvre de la même manière que de nombreux autres processus de marquage, de gravure et de découpe. En fait, il n’est pas rare d’utiliser un seul outil laser pour réaliser toutes ces fonctions. Pour créer le motif souhaité, le faisceau laser est balayé sur la surface de la pièce tout en étant modulé (puissance variable). Une façon de produire ce mouvement consiste à utiliser un système de balayage galvanométrique. Dans ce cas, le mouvement du faisceau est obtenu en déplaçant un miroir. Cette méthode est souvent utilisée pour les petites pièces en raison des vitesses élevées. De plus, la technologie permet de graver des pièces courbes (généralement en combinaison avec le mouvement de rotation de la pièce). Des étapes de mouvement linéaire peuvent également être utilisées pour déplacer l’optique de délivrance du faisceau (ou même la pièce elle-même) afin de représenter le motif de marquage. Les pièces plus grandes, telles que les panneaux et les monuments, sont presque toujours gravées selon cette méthode.
Différences de matériaux
La gravure au laser peut être réalisée sur presque tous les types de matériaux, notamment les métaux, les plastiques, le verre, la céramique, la pierre naturelle et les dispositifs semi-conducteurs.
1. La gravure au laser de pièces métalliques est présente dans de nombreuses industries, notamment l'automobile, l'aérospatiale, les dispositifs médicaux, le pétrole et le gaz, etc. Elle peut être appliquée à presque tous les métaux, notamment l'aluminium, l'acier, le laiton, le cuivre et le titane.
La gravure laser des métaux consiste généralement à chauffer le matériau jusqu'à ce qu'il fonde et se dilate légèrement. Après un bref chauffage au laser, le matériau refroidit presque immédiatement. Il se resolidifie en une zone surélevée avec une texture plus rugueuse qu'auparavant.
Pour les métaux, la gravure au laser modifie généralement la hauteur de la surface de moins d'environ 25 µm. En revanche, la gravure au laser le modifie généralement dix fois plus profondément. Étant donné que la gravure de marques plus profondes nécessite de retirer plus de matière, la gravure au laser peut généralement être réalisée plus rapidement.
Un autre avantage de la gravure laser est qu’elle peut produire des marques sombres, claires voire grises. La gravure au laser ne produit généralement que des marques sombres. Cependant, les marques légèrement gravées ne sont pas aussi durables et résistantes à l’usure que les marques gravées.
2. Le verre gravé au laser peut être utilisé à des fins décoratives et commerciales. Des textes, dessins et autres motifs complexes, voire des images, peuvent être gravés sur des verres, des tasses, des bouteilles, des médailles et des miroirs. Dans le domaine industriel, de nombreux produits (tels que des boissons ou des médicaments, etc.) doivent être contenus dans des récipients en verre, et des informations telles que les numéros de lot et la durée de conservation peuvent être gravées sur la surface des récipients. De même, les numéros de série et les codes de suivi peuvent être gravés sur des substrats de verre utilisés dans la fabrication de microélectronique et d'écrans.
Les zones gravées au laser sur le verre ont un effet « givré » – semi-transparent plutôt que totalement transparent. Ceci est réalisé en retirant une très petite quantité de matière (généralement moins de 25 µm). Il convient de mentionner que le processus de gravure produit une texture de surface plus rugueuse.
La gravure au laser est supérieure aux autres méthodes mécaniques et chimiques car elle est rapide, propre et s'adapte facilement aux surfaces courbes (courantes sur les verres et les bouteilles de vin).
3. La gravure au laser de la pierre naturelle (telle que le granit ou le marbre) est largement utilisée pour les pierres tombales, les plaques et à des fins architecturales. Comme la gravure sur verre, elle n’enlève que de très petites couches de matériau et modifie la texture de la surface.
La gravure au laser est presque toujours utilisée pour faire des marques claires sur des surfaces de pierre sombres. Le motif gravé au laser est constitué de nombreux petits points rapprochés, tout comme la copie d’une photo dans un journal. Cela permet de graver presque tous les motifs, même les marques en niveaux de gris.
Ainsi, en plus du texte, des photos, des dessins et d'autres motifs peuvent également être facilement gravés. La pierre gravée au laser donne généralement une marque plus attrayante visuellement que le sablage ou la gravure mécanique. La gravure au laser est également beaucoup plus rapide que ces autres méthodes.
4. Le marquage laser des polymères est présent dans une gamme extrêmement large de produits commerciaux, médicaux et de consommation, ainsi que dans les enseignes et les articles de fantaisie. Étant donné que les matériaux et les processus impliqués varient considérablement, il est difficile de définir avec précision la gravure laser des polymères et en quoi ce processus diffère du marquage ou de la gravure. La technique couramment utilisée du « cloquage », qui laisse une légère trace sur un plastique foncé, est certainement considérée comme une gravure, car elle ne produit qu'un léger relief superficiel (moins de 50 µm).
La gravure laser est également assez courante dans la fabrication de semi-conducteurs et la production de microélectronique, car elle peut produire des marques très contrastées sur les polymères sans introduire de chaleur significative dans la pièce. Par exemple, les puces retournées et autres types de boîtiers de semi-conducteurs peuvent être marqués sans endommager les circuits qu'ils contiennent.
La gravure laser des semi-conducteurs eux-mêmes est utilisée dans toute la fabrication microélectronique. En effet, les marques peu profondes (généralement 10 µm ou moins) produisent des marques à contraste élevé sans endommager les circuits environnants ou sous-jacents. La gravure laser est particulièrement adaptée au marquage des numéros de série et autres identifiants au dos des plaquettes. Il est également utilisé sur de minces couvercles de moules pour les appareils emballés.
Lasers pour gravure
En raison de la large gamme de matériaux impliqués et des différentes exigences, de nombreux types de lasers différents sont utilisés lors de la gravure.
| Lasers à fibre |
Les lasers à fibre sont souvent le premier choix pour graver ces matériaux car leur rendement dans le proche infrarouge correspond étroitement aux caractéristiques d'absorption de la plupart des métaux. Ils peuvent également graver la céramique et certains polymères. Les lasers à fibre pour la gravure offrent les mêmes avantages dans d'autres applications. Ces avantages incluent un faible coût de possession, une fiabilité élevée, une longue durée de vie, une excellente qualité de faisceau et une flexibilité de mise en œuvre. |
| Lasers CO2 | Les lasers CO2 émettent une lumière infrarouge lointaine, qui est bien absorbée par presque toutes les matières organiques. Cela les rend idéaux pour graver le bois et la plupart des polymères. Les lasers CO2 sont également souvent utilisés pour graver la pierre naturelle. |
| Lasers DPSS | Les lasers à semi-conducteurs pompés par diode peuvent fournir une puissance élevée en lumière verte ou ultraviolette avec une excellente qualité de faisceau. Cela les rend idéaux pour deux types spécifiques d’applications de gravure. Le premier concerne les matériaux qui n’absorbent pas bien les longueurs d’onde plus longues. C'est le cas de certains polymères. La deuxième application concerne les matériaux fins ou sensibles à la chaleur. La plupart des matériaux ont généralement une capacité d'absorption élevée pour les longueurs d'onde plus courtes, en particulier la lumière ultraviolette, ce qui signifie que la lumière laser est complètement absorbée à des profondeurs relativement faibles. Le résultat est moins de chauffage de la zone environnante. Pour cette raison, la gravure laser DPSS est utilisée dans la fabrication et l'emballage de semi-conducteurs, la fabrication d'autres composants électroniques, les produits médicaux et les écrans d'affichage. |
| Lasers à semi-conducteurs | Les lasers à semi-conducteurs ont une large gamme de longueurs d'onde, du bleu au proche infrarouge, ce qui les rend capables de graver une large gamme de métaux et de non-métaux. La combinaison unique de qualité de faisceau et de caractéristiques de coût de ces lasers les rend idéaux pour les systèmes de gravure peu coûteux, principalement pour les petits ateliers, les fabricants de plaques et de médailles et les amateurs. |
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