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Guide des machines à graver à laser pour métaux (CO2, fibre optique et diode)

authorIcon By Guillaume Jobin on March 14, 2024 topicIcon Marquage laser

Une machine à graver à laser permet d’inscrire de manière permanente des codes-barres, des étiquettes, des codes 2D, des numéros de série, des logos et des dessins sur des métaux en toute simplicité.

Bien que les lasers à fibre optique, les lasers CO2 et les lasers à diode puissent tous graver du métal, la machine à graver à laser dont vous avez besoin dépend de la manière dont vous souhaitez l’utiliser.

Pour une chaîne de production, vous aurez sûrement besoin d’un laser à fibre optique. Cependant, des lasers CO2 ou à diode peuvent s’avérer suffisants pour de petites entreprises ou de petits projets de bricolage.

Table des matières

Types de lasers pour graver du métal

Alors que les lasers à fibre optique constituent une solution de choix pour graver du métal, les lasers CO2 et à diode peuvent également être utilisés pour marquer ce type de matériau. Examinons le fonctionnement et la gamme de prix de chaque type de machine à graver du métal.

Machines à graver à laser à fibre optique

 

En raison de leur vitesse, de leur précision et de leur efficacité, les lasers à fibre optique sont les plus efficaces pour graver le métal. La source laser est dopée avec de l’ytterbium (Yb), ce qui permet au laser de générer une longueur d’onde d’environ 1 064 nm qui réagit bien avec les métaux. Les lasers à fibre optique dopée à l’ytterbium peuvent graver tout type de métaux, y compris l’aluminium, l’acier, l’acier inoxydable, l’aluminium anodisé, le magnésium, le plomb, le zinc et le cuivre.

Les lasers à fibre optique peuvent être adaptés à différents besoins en matière de gravure. En effet, trois processus différents permettent de marquer les métaux de manière permanente :

  • Le marquage laser par etching produit rapidement des marques noir et blanc à contraste élevé. Les différentes couleurs sont obtenues par modification de la microstructure de la surface. Le blanc est le résultat de réflexions diffuses, et le noir est produit par la lumière piégée.
  • La gravure laser crée des marques profondes et durables en vaporisant les couches de matériaux de la surface. Les marques obtenues peuvent résister à l’abrasion et divers post-traitements.
  • Le recuit laser créer des marques noires sous la surface, ce qui préserve les propriétés de la surface du matériau, telles que la résistance à la corrosion notamment. Pour cela, ce processus chauffe doucement des métaux à base de fer (tels que de l’acier ou de l’acier inoxydable) à l’aide d’un faisceau laser. Lorsque le métal est chauffé, de l’oxygène est diffusé sous la surface, provoquant ainsi une oxydation interne.

Ces trois processus peuvent être effectués avec le même laser. Il suffit d’ajuster ses paramètres ainsi que la configuration de la lentille. Les lasers à fibre optique sont plus coûteux que d’autres types de lasers et ils sont plus adaptés aux applications industrielles. Les machines de marquage laser industriel sont vendues à partir de 120 000 $ et les prix des lasers de bureau sont compris entre 5 000 et 25 000 $.

Les lasers à fibre optique peuvent également être utilisés pour graver des surfaces non métalliques, comme des plastiques ou du caoutchouc.

Machines à graver à laser CO2

 

Les lasers CO2 ne sont pas adaptés pour graver du métal. En effet, leur longueur d’onde (environ 10,6 µm) n’est pas absorbée efficacement par les surfaces métalliques. Seul un faible pourcentage de l’énergie laser est absorbé, ce qui rend l’ablation par laser impossible sur des surfaces métalliques.

Bien que les lasers CO2 ne puissent pas graver de métaux, ils peuvent être utilisés pour créer des marquages à l’aide des deux méthodes suivantes :

  • Élimination des revêtements : les lasers CO2 peuvent graver des produits métalliques recouverts en retirant (ou en brûlant) de manière sélective leur revêtement afin de laisser apparaître le métal nu. Cette méthode peut par exemple être utilisée sur de l’aluminium anodisé et l’acier inoxydable recouvert de poudre. Ainsi, le métal en lui-même n’est pas gravé. Le marquage est créé par le contraste entre le revêtement et le métal nu.
  • Collage : les lasers CO2 peuvent utiliser un spray de marquage (comme le spray CerMark) pour graver des métaux. Le spray se collera à la surface grâce à une réaction chimique avec le faisceau laser. Le spray restant qui ne sera pas fixé devra être retiré manuellement. On obtient alors une marque noire nette qui contraste bien avec la surface métallique nue.

Les lasers CO2 sont également utilisés pour graver des surfaces non métalliques comme le bois, l’acrylique, le silicone, le cuir et le vinyle.

Machines à graver à laser à diode

 

Des lasers à diode peuvent être utilisés pour graver des métaux si la gravure est relativement simple et qu’elle ne requiert pas une grande puissance. Ces systèmes laser d’entrée de gamme sont plus abordables que d’autres types de lasers (certains sont disponibles pour quelques centaines de dollars), mais leur puissance est limitée et leur faisceau est de moins bonne qualité.

Avec les lasers à diode, la longueur d’onde est déterminée par la bande d’énergie interdite du matériau semi-conducteur (c.-à-d. la différence d’énergie entre deux bandes électroniques). Bien qu’ils soient disponibles dans une variété de longueurs d’onde, la longueur d’onde idéale pour graver des matériaux métalliques s’élève à 1 064 nm.

Voici ce qu’il est possible de faire en fonction de la longueur d’onde de la diode :

  • Marquage direct : avec une longueur d’onde de 1 064 nm, les lasers à diode peuvent graver des surfaces métalliques tout comme les lasers à fibre optique. Néanmoins, étant donné que ces lasers sont moins puissants et précis, les applications de gravures sont limitées.
  • Collage : avec d’autres longueurs d’onde (comme les diodes laser bleues entre 400 et 500 nm), vous aurez besoin d’un spray de marquage pour marquer le métal (comme avec les machines à graver à laser CO2).

Certains lasers à diode sont couplés à une fibre optique pour gagner en précision. On parle alors de lasers à diode couplés à des fibres. Le couplage à la fibre permet à la lumière générée par les lasers à diode d’être acheminée dans la fibre optique, ce qui améliore la qualité du faisceau laser.

Onze facteurs qui affectent le coût d’une machine à graver du métal à laser

Le coût d’une machine à graver à laser peut aller de quelques centaines de dollars à un demi-million de dollars. Voici les facteurs qui affectent leur coût. Ils vous permettront de savoir si cela vaut le coup (ou non) d’investir davantage dans un laser.

  1. Technologie laser : les lasers à fibre optique sont plus coûteux, mais ils sont plus précis, plus rapides, plus durables et plus faciles à contrôler. Ils requièrent également moins d’entretien et ils consomment moins d’énergie. En matière de prix, les lasers CO2 arrivent en deuxième place. Il est toutefois important de noter que leurs coûts de fonctionnement et de maintenance sont plus élevés. Les lasers à diode sont les plus abordables.
  2. Puissance laser : la puissance laser est l’un des facteurs qui impactent le plus le prix. Les lasers plus puissants peuvent graver des surfaces métalliques plus rapidement, mais leur coût est plus élevé. Sur les chaînes de production, des lasers plus puissants sont nécessaires pour prévenir les goulots d’étranglement et respecter des temps de cycle courts.
  3. Dispositifs de sécurité : tout laser capable de graver du métal peut potentiellement provoquer des lésions oculaires, des brûlures corporelles et des incendies. La poussière et les fumées générées lors de la gravure du métal peuvent également se révéler dangereuses pour les opérateurs. Certains lasers sont dotés de dispositifs de sécurité tels que des enceintes laser de classe 1 et des appareils de dépoussiérage qui alourdissent leur prix, mais qui garantissent la sécurité des opérateurs. D’autres lasers comme les lasers de table ou portatifs protègent peu, voire ne protègent pas du tout les opérateurs. Les dispositifs de sécurité augmentent le prix des lasers, mais ils éliminent les nécessités de formation à la sécurité et d’équipements de protection.
  4. Dispositifs de refroidissement : étant donné que les lasers génèrent de la chaleur, ils doivent être refroidis pour ne pas surchauffer. Les lasers peuvent être équipés de différents composants de refroidissements (ventilateurs, dissipateurs thermiques, refroidisseurs d’eau, etc.) Les lasers les plus bon marché ne sont pas toujours équipés d’un système de refroidissement intégré, ce qui limite leur temps d’utilisation.
  5. Composants optiques : la qualité des composants optiques a un impact considérable sur les performances du processus de gravure laser. Elle affecte des facteurs tels que la qualité du faisceau, la précision de la focalisation, la durabilité des composants, la gestion de la chaleur et la vitesse. Des composants de qualité seront essentiels afin d’obtenir une solution rapide, dotée d’une bonne répétabilité et requérant un entretien minimal.
  6. Automatisation et motorisation : certains lasers peuvent servir de solutions clé en main pour les chaînes de production. Ils peuvent par exemple être équipés de portes automatisées et de tables rotatives, ou bien être compatibles avec des robots.
  7. Zone de gravure : la faisabilité d’un projet dépend de la taille de la zone de gravure (ainsi que de l’orientation de la surface à graver). Certains lasers peuvent graver une plus grande surface lorsqu’ils sont installés sur une machine-outil à commande numérique ou un système de portique, ou quand ils sont montés sur le bras d’un robot.
  8. Interface utilisateur : on peut facilement négliger l’interface utilisateur lorsqu’on achète un laser, mais une interface bien conçue et facile d’utilisation peut faire toute la différence. Cet aspect est particulièrement important pour les amateurs de bricolage et les non-experts qui souhaitent programmer ou ajuster leurs propres processus laser.
  9. Communication : si vous dirigez une chaîne de production, il est essentiel de pouvoir intégrer facilement le laser à vos systèmes de commande. Leurs protocoles de communication doivent être compatibles pour que le système laser puisse recevoir les informations de marquage des commandes de la chaîne de production. L’automate programmable de la chaîne de production doit également être capable de recevoir les informations relatives à l’état du marquage ainsi qu’une confirmation une fois que le système laser a terminé celui-ci.
  10. Robustesse : des composants de qualité industrielle sont essentiels pour prévenir les temps d’arrêt au sein d’environnements de production à rythme élevé, notamment dans les environnements difficiles tels que les fonderies et les usines de coulage.
  11. Contrôle qualité : des systèmes de vision ou des lecteurs de codes-barres peuvent vérifier si un marquage est terminé et s’il respecte les exigences spécifiées.

Liste de fabricants

Voici une liste de fabricants de machines à graver à laser pour métaux renommés.

Fabricant Offre de produits Source laser Puissance laser maximale
Laserax
Stations de travail
Solutions automatisées
Laser à fibre optique
Jusqu’à 1 000 W
xTool
Lasers de bureau
Dispositifs portatifs
Laser CO2
Laser à diode
Jusqu’à 55 W
Trotec
Lasers de bureau
Tables de machines-outils à commande numérique
Stations de travail
Laser CO2
Laser à fibre optique
Jusqu’à 120 W
Epilog
Lasers de bureau
Stations de travail
Laser CO2
Laser à fibre optique
Jusqu’à 120 W
Keyence
Têtes laser
Laser CO2
Laser à fibre optique
Laser UV
Jusqu’à 50 W

Les meilleures machines à graver à laser pour le métal

Les machines à graver le métal suivantes utilisent des composants de la plus haute qualité, y compris :

  • des lasers à fibre optique à impulsions dotés d’une vitesse de gravure de jusqu’à 1 000 W ;
  • des composants optiques de haute précision pour des gravures durables ;
  • des ventilateurs et des systèmes de dépoussiérage pour limiter les besoins en matière d’entretien ;
  • des systèmes à mise au point automatique et de vision pour compenser les variations de positionnement ;
  • des enceintes certifiées de classe 1 pour sécuriser le laser ;
  • une validation des codes-barres intégrée à la chaîne de production.

 

1. Station de marquage laser flexible

Cette station de travail sur roulettes peut être déplacée selon le besoin. Il s’agit d’une solution de gravure de pièces métalliques à chargement manuel rentable.

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2. Station de marquage à table rotative

En plus d’être portative, cette station de travail offre le débit le plus élevé possible sur une machine à chargement manuel. La table rotative permet aux opérateurs de charger des pièces pendant que d’autres pièces sont en train d’être gravées au laser.

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3. Machine de marquage laser rotative

Cette machine rotative est la machine à graver à laser la plus efficace sur le marché. Le robot charge les pièces en quelques secondes seulement. La gravure laser est réalisée en temps masqué à l’aide d’un laser de forte puissance.

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4. Machine de marquage laser à aire ouverte

Cette conception ouverte permet d’intégrer la gravure laser de la manière la plus flexible possible et avec un encombrement minimal. Un bras robotique tient la pièce pendant la gravure laser, ce qui facilite le processus de gravure de pièces avec diverses cavités ainsi que les changements entre les différents modèles de pièces.

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5. Machine de marquage laser à porte automatique

Cette machine à graver pour métaux est simple et flexible. La porte depuis laquelle le robot charge les pièces peut être placée de n’importe quel côté afin d’optimiser l’arrangement de l’usine. La tête de laser peut également être orientée de n’importe quelle façon dans la machine afin de réaliser les gravures n’importe où avec une flexibilité optimale.

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6. Machine de marquage laser à convoyeur

Cette machine à graver à laser peut être installée sur n’importe quel système de convoyeur, y compris sur des lignes existantes. La tête du laser, qui fonctionne au-dessus du convoyeur, peut graver des pièces en mouvement et gérer automatiquement les changements de positionnement.

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Contactez-nous pour obtenir les conseils d’un expert

Il n’est pas toujours facile de choisir entre un laser CO2, à fibre optique ou à diode. Cela dépend de vos besoins spécifiques, de votre budget ainsi que des exigences de votre projet. Si vous souhaitez discuter des détails de votre projet de gravure, n’hésitez pas à nous contacter. Laserax propose une grande variété d’options pour les applications industrielles et nous serons ravis de vous aider à choisir la solution qui vous conviendra le mieux.

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Guillaume Jobin

Trained as a Mechanical Engineer, Guillaume Jobin has more than 10 years of experience in automation and control. He is Supervisor of Application Specialists at Laserax, where he oversees the team that analyzes clients' needs and that designs the right laser solutions for them. He is also a member of the Corporate Sustainability Committee.