Le marquage laser est omniprésent, des numéros de série sur les pièces automobiles aux logos sur les appareils électroniques, en passant par les codes de traçabilité sur les dispositifs médicaux. Mais tous les lasers ne sont pas identiques, et le choix du type approprié dépend de votre matériau et de vos exigences en matière de marquage.
Les lasers à fibre et les lasers ultraviolets (UV) sont deux des technologies les plus couramment utilisées. Chacun excelle dans des applications différentes, il est donc essentiel de comprendre leurs capacités pour faire le bon choix.
Dans cet article, nous allons clairement exposer les différences entre les technologies laser à fibre et UV, leur interaction avec divers matériaux et la manière de déterminer celle qui correspond le mieux à vos besoins en matière de marquage.
Table des Matières
Les lasers à fibre optique utilisent un type particulier de fibre optique pour émettre et amplifier la lumière. Ils fonctionnent dans la partie infrarouge (IF) du spectre électromagnétique.
Ils sont disponibles avec des puissances de sortie allant de quelques dizaines de watts à plusieurs kilowatts. Leur combinaison de caractéristiques avantageuses a fait des lasers à fibre optique le type de laser industriel le plus apprécié pour le marquage des métaux et des plastiques durs.
Les propriétés de sortie des lasers à fibre optique impactent le marquage de deux façons. Tout d’abord, la lumière infrarouge chauffe la plupart des matériaux, produisant des marques par le biais de mécanismes thermiques. En d’autres termes, le laser à fibre optique brûle, fait fondre ou évapore essentiellement le matériau pour créer une marque.
Deuxièmement, la lumière infrarouge ne peut pas être focalisée aussi précisément que les longueurs d’onde plus courtes, telles que les faisceaux laser visibles et UV. Cela limite la possibilité de faire des marques extrêmement petites et de haute précision.
Globalement, les lasers à fibre optique sont des outils efficaces et fiables pour effectuer du marquage à haute vitesse de matériaux qui ne sont pas sensibles à la chaleur. Ils sont parfaits pour la gravure laser profonde, mais ne sont généralement pas utilisés pour réaliser des marques très petites ou complexes.
La plupart des lasers de marquage UV fonctionnent en triplant la fréquence de sortie d’un cristal laser proche infrarouge. Ce procédé est plus complexe et moins efficace que le fonctionnement des lasers à fibre optique. De ce fait, les lasers UV sont généralement plus coûteux que les lasers à fibre optique, offrant un débit inférieur et une durée de vie opérationnelle plus courte.
Le principal avantage des lasers UV consiste en ce que leur lumière interagit avec de nombreux matériaux principalement par le biais de mécanismes photochimiques. Cela signifie que les photons UV à haute énergie rompent directement les liaisons moléculaires au lieu de chauffer le matériau.
Par conséquent, les lasers UV peuvent effectuer un marquage à froid, c’est-à-dire qu’ils ne chauffent ni n’affectent le matériau autour ou en dessous de la zone marquée. De plus, leur longueur d’onde plus courte permet une mise au point extrêmement fine. Enfin, la lumière UV est fortement absorbée par la plupart des matériaux, en particulier les matériaux non métalliques, ce qui permet une pénétration superficielle et un traitement efficace.
Au final, cela signifie que les lasers UV excellent dans la production de marques à haute résolution avec des contours nets, des détails fins et des tolérances limitées. Ils sont particulièrement utiles pour les produits fins, délicats ou sensibles à la chaleur.
Quel est le meilleur laser pour un matériau spécifique ? La réponse à cette question dépend de la manière dont le matériau interagit avec la lumière laser, ainsi que de considérations pratiques telles que le débit, le coût et les exigences en matière de qualité des marques.
Intéressons-nous à certaines des plus importantes classes de matériaux.
Alors que la plupart des métaux réfléchissent naturellement la lumière infrarouge (IR), la puissance élevée des lasers à fibre optique permet de déclencher le processus de marquage en chauffant la surface. Une fois que le métal commence à chauffer ou à fondre, il absorbe plus facilement l’énergie laser, ce qui rend le marquage plus efficace.
C’est la raison pour laquelle les lasers à fibre optique sont parfaits pour le marquage des métaux tels que l’acier inoxydable, l’aluminium et le titane.
Les lasers à fibre optique peuvent produire des marques durables et très contrastées à grande vitesse, notamment des gravures laser profondes, des marques colorées (grâce à la formation d’une couche d’oxyde) et des textes ablatés. Ils s’avèrent parfaits pour des applications comme la traçabilité des pièces, les composants aéronautiques et automobiles, les outils industriels et de nombreux matériaux d’emballage métalliques tels que les canettes et les sachets en aluminium.
Les lasers UV sont plus rarement utilisés pour le marquage des métaux nus en raison de leur faible absorption et de leur puissance de sortie moins élevée. Cependant, ils peuvent marquer les métaux revêtus ou anodisés en ablatant la couche superficielle.
Ils peuvent aussi effectuer des marquages noirs dans des cas très particuliers. Le marquage noir nécessite de former une fine couche d’oxyde qui capte la lumière (sans qu’aucun matériau ne soit enlevé). Il est généralement utilisé sur de l’acier inoxydable.
Pour la plupart des applications industrielles de marquage des métaux, les lasers à fibre optique offrent la meilleure combinaison de vitesse, de durabilité et de rentabilité.
Technologie laser habituellement utilisée pour les métaux :
| Matériau | Fibre optique | UV |
|---|---|---|
| Aluminium | ✔ | |
| Aluminium anodisé | ✔ | ✔ |
| Chrome | ✔ |
|
| Acier inoxydable | ✔ |
|
| Métal, revêtu ou peint |
| ✔ |
| Laiton | ✔ | |
| Cuivre | ✔ | |
| Argent | ✔ | |
| Or | ✔ | |
| Fonte | ✔ | |
| Titane |
| ✔ |
| Films métalliques |
| ✔ |
Les plastiques varient considérablement dans leur composition chimique et peuvent également contenir des additifs facilitant le marquage. Le choix du laser dépend donc fortement de l’application.
En général, les lasers UV sont mieux adaptés au marquage des plastiques en raison de leur capacité à entraîner un changement de couleur photochimique sans faire fondre ni brûler la surface.
Ils excellent notamment dans la production de marques très contrastées, nettes et sans dommages sur les plastiques courants tels que l’ABS, l’acrylique, le polycarbonate, le polyéthylène et le PET.
Ces marques sont créées sans déformation thermique, sans moussage ni dégradation du matériau, ce qui est particulièrement important dans des industries telles que les dispositifs médicaux, l’habillage électronique et les emballages de cosmétiques. Les lasers UV sont également parfaits pour travailler avec des plastiques colorés ou des films multicouches qui nécessitent un contrôle précis de la surface.
Les lasers UV sont particulièrement indiqués lorsqu’une marque est « essentielle à la mission ». C’est-à-dire, lorsqu’une marque manquante, illisible ou incorrecte pourrait entraîner des blessures, une panne ou une non-conformité réglementaire.
Les lasers à fibre optique peuvent marquer certains plastiques. Mais leur interaction thermique se traduit généralement par un moussage, une carbonisation ou une fusion, en particulier si le plastique ne contient pas d’additifs conçus pour absorber les infrarouges.
Identifier le ou les matériaux que vous avez besoin de marquer
Technologie laser habituellement utilisée pour les plastiques :
| Matériau | Fibre optique | UV |
|---|---|---|
| ABS |
| ✔ |
| Polyamide | ✔ | ✔ |
| PBT |
| ✔ |
| PC |
| ✔ |
| PC-renforcé de fibre de verre | ✔ |
|
| Polyéthylène | ✔ | ✔ |
| Polyester noté |
| ✔ |
| PET |
| ✔ |
| PET-renforcé de fibre de verre | ✔ |
|
| PI |
| ✔ |
| PMMA (acrylique) | ✔ | ✔ |
| POM |
| ✔ |
| Polypropylène | ✔ | ✔ |
| PPS |
| ✔ |
| PS |
| ✔ |
| Polyuréthane |
| ✔ |
| PVC |
| ✔ |
| Tritan |
| ✔ |
La plupart des matériaux fragiles comme le verre, la céramique, la pierre et parfois même le saphir peuvent se fendre ou se briser sous une pression mécanique ou thermique même minime. Lorsqu’une petite zone est chauffée rapidement sur une pièce, il peut se développer une tension interne en raison d’une dilatation thermique inégale. Cela peut entraîner des microfractures ou une défaillance structurelle.
C’est là que le marquage laser UV offre un avantage décisif. Contrairement aux lasers infrarouges, qui effectuent généralement leur marquage avec des moyens thermiques, les lasers UV produisent une interaction photochimique largement non thermique. Leur courte longueur d’onde (généralement 355 nm) est fortement absorbée par la plupart des matériaux fragiles, même ceux qui semblent transparents à l’œil nu. Tout cela permet de maintenir une faible profondeur de pénétration et de modifier la surface avec un apport de chaleur global minimal.
Par conséquent, les lasers UV peuvent marquer et graver au laser des matériaux délicats tels que le verre sans provoquer de fissures, produisant souvent un effet givré ou légèrement texturé qui est esthétiquement attrayant.
Leur haute résolution permet également la création de motifs complexes tels que des codes-barres, des logos et des numéros de série, ce qui les qualifie pour le marquage d’articles tels que les cadrans de montres en saphir, les céramiques médicales et les écrans en verre grand public. Les lasers UV peuvent même produire des marques sous la surface dans certains matériaux fragiles.
En revanche, les lasers à fibre optique sont généralement peu adaptés à ces applications. Leur longueur d’onde plus importante est moins facilement absorbée par les matériaux fragiles, ce qui entraîne une pénétration plus profonde et une accumulation de chaleur accrue. Cette charge thermique peut créer un gauchissement, un écaillage ou une fissure catastrophique, en particulier dans les substrats transparents ou polis.
De plus, la lumière infrarouge a tendance à traverser les matériaux tels que le verre et à souvent se refléter sur la céramique. Par conséquent, le marquage de ces matériaux nécessite généralement des revêtements de surface spéciaux ou des réglages à haute énergie.
Technologie laser habituellement utilisée pour les matériaux fragiles :
| Matériau | Fibre optique | UV |
|---|---|---|
| Céramique |
| ✔ |
| Diamant |
| ✔ |
| Verre |
| ✔ |
| Granit |
| ✔ |
| Marbre |
| ✔ |
| Saphir |
| ✔ |
Ici, le terme « matières organiques » désigne un large éventail de composés à base de carbone. Il peut s’agir de substances naturelles (comme la cellulose, les protéines ou les fibres végétales) ou de polymères synthétiques.
Le papier, le carton, les films polymères, le cuir naturel, les tissus naturels et synthétiques ainsi que le caoutchouc appartiennent tous à ce groupe.
Pratiquement tous ces matériaux différents sont sensibles à la chaleur et sont susceptibles de brûler, de se décolorer ou de gauchir. Une fois encore, le marquage laser UV offre un avantage évident avec ces matériaux grâce à son processus de marquage à froid qui limite au maximum la carbonisation et la déformation des matériaux.
Pour cette raison, les lasers UV sont utilisés pour appliquer des numéros de lot, des dates d’expiration ou des éléments décoratifs sur des films, des étiquettes, des cartons et les emballages blister. Dans le domaine du textile, ils peuvent marquer ou même couper le tissu avec précision sans l’effilocher. Sur les joints en cuir ou en caoutchouc, ils permettent d’apposer la marque, des numéros de pièce ou des lignes d’incision avec peu de déformation ou de perte de matière.
Les lasers à fibre optique sont également utilisés dans certains cas particuliers. Ils sont particulièrement utiles pour marquer des substrats plus épais ou revêtus où certains effets thermiques sont tolérables. Cependant, ils causent souvent des percements, des traces de brûlure ou une perte de souplesse, en particulier dans les films minces ou les textiles.
En matière de coûts, les lasers à fibre optique sont moins chers à utiliser, mais le risque d’endommager les matériaux organiques délicats les rend généralement inutilisables pour les travaux de précision. Lorsque l’intégrité des matériaux ou la qualité esthétique est essentielle, les UV constituent le choix le plus fiable.
Technologie laser habituellement utilisée pour les matières organiques :
| Matériau | Fibre optique | UV |
|---|---|---|
| Nourriture |
| ✔ |
| Cuir |
| ✔ |
| Tissu |
| ✔ |
| Liège |
| ✔ |
| Caoutchouc |
| ✔ |
| Silicone |
| ✔ |
| Papier |
| ✔ |
| Carton |
| ✔ |
| Film polymère |
| ✔ |
Bien que nous ayons déjà abordé la plupart des matériaux utilisés en microélectronique, le marquage est tellement crucial et techniquement spécifique dans le domaine des semi-conducteurs et de l’habillage électronique qu’il mérite une attention particulière.
En général, les exigences techniques en matière de marquage électronique sont plus rigoureuses que celles d’autres industries. Le marquage des composants électroniques, en particulier, exige une extrême précision et un impact thermique minimum.
Les lasers UV conviennent particulièrement bien ici parce qu’ils interagissent photochimiquement et effectuent des marques nettes, lisibles et de haute résolution tout en affectant thermiquement le moins de zones possible. Ils sont largement utilisés pour l’étiquetage des micropuces, les boîtiers des circuits intégrés, les connecteurs et même les codes QR sur les plaquettes de silicium ou les boîtiers en plastique.
Leur capacité à produire des marques permanentes sans déformer les structures fines fait des lasers UV la norme en matière de traçabilité dans la fabrication électronique. Ils sont généralement utilisés pour le marquage des matériaux multicouches et des connecteurs à code couleur.
Les lasers à fibre optique ont une utilisation plus limitée dans l’électronique. Leur charge thermique plus élevée peut endommager les surfaces délicates ou compromettre l’isolation. Cependant, on peut les utiliser sur de plus grands composants en métal, comme des enceintes, des plaques arrière, des connecteurs d’alimentation, où la durabilité est plus importante que la taille des composants.
Technologie laser habituellement utilisée pour les matériaux semi-conducteurs :
| Matériau ou composant | Fibre optique | UV |
|---|---|---|
| Combinaisons de moulage à base d’époxy | ✔ |
|
| Céramique (par. ex. alumine, LTCC) |
| ✔ |
| Substrats de circuit intégré (résine BT, verre, etc.) |
| ✔ |
| Interposeurs (verre, céramique, silicium) |
| ✔ |
| Semi-conducteurs (silicium, GaAs, etc.) |
| ✔ |
| Cadres conducteurs (cuivre, argentés, etc.) | ✔ |
|
| Boîtiers des circuits intégrés finis (encapsulés dans du plastique) |
| ✔ |
| Moule (silicium nu) |
| ✔ |
| MEMS et capteurs (matériaux divers) |
| ✔ |
| Marquages au niveau de la plaquette |
| ✔ |
| FPC (circuits imprimés flexibles) |
| ✔ |
| Marquage à travers des films transparents |
| ✔ |
| PCB (FR4, flexibles, multicouches) |
| ✔ |
Pour certains matériaux, le choix de la technologie de marquage laser peut être évident. Mais parfois, il n’est pas évident de savoir quelle option est la meilleure.
Dans ces cas, des tests d’application peuvent être nécessaires pour déterminer quel type de marquage laser offrira le meilleur compromis entre qualité de marque, vitesse et coût.
Chez Laserax, nous proposons à la fois des systèmes laser UV et à fibre optique (ainsi que CO₂), ce qui nous permet d’adopter une approche technologiquement neutre. Notre objectif est simple : identifier la solution qui offre les meilleurs résultats pour votre défi spécifique en matière de marquage, puis vous aider à la mettre en œuvre.
Alex Laymon est devenu président et directeur de DPSS Lasers (aujourd’hui une société Laserax) en 1998. Il a précédemment occupé le poste de vice-président de l’ingénierie chez LiCONiX, après avoir occupé plusieurs postes techniques, notamment celui de directeur de l’ingénierie et d’ingénieur laser senior. M. Laymon est titulaire d’une licence en génie physique et d’un MBA de l’université de Santa Clara. Ses décennies d’expertise dans le domaine des lasers UV contribuent aujourd’hui à la mission de Laserax, qui consiste à façonner l’avenir des solutions laser de haute précision.
Grâce à leur capacité inégalée à traiter les matériaux avec une grande précision et un minimum de dommages thermiques, les lasers ultraviolets (UV) sont devenus des outils indispensables dans des industries aussi diverses que la microélectronique, les dispositifs médicaux, l’automobile et même l’emballage des biens de consommation.
Chaque minute d’inactivité de votre machine a un impact direct sur vos résultats financiers. La production diminue, des goulots d’étranglement apparaissent et les calendriers de production prennent du retard.
Les lasers sont idéaux pour l’automatisation industrielle. En plus d’avoir le potentiel d’augmenter la productivité et la répétabilité, ils présentent également des caractéristiques clés qui facilitent l’automatisation. Les exemples incluent les capacités de fonctionnement à distance, l’entretien minimal, l’absence quasi totale de consommables et de déchets, et un minimum de poussières.
