Comment choisir les caractéristiques d’un laser optimal pour votre application de traitement des matériaux ? Survol du procédé et exemples.
Une compréhension de la relation entre les propriétés des matériaux et les caractéristiques du laser est essentielle pour choisir un système laser optimal. L’interaction laser-matière repose sur l’absorption du matériau et sur ses propriétés thermodynamiques. Cette absorption est largement dépendante de la longueur d’onde.
Pour obtenir un procédé de laser efficace, vous devez choisir une longueur d’onde qui est fortement absorbée par le matériau. Les lasers à impulsion peuvent fournir un meilleur taux de chauffage et une réduction des zones affectées par ce chauffage.
Un procédé laser efficace repose sur la balance entre la qualité du marquage, la vitesse et le coût. Tous ces éléments sont à considérer dans le choix d’une solution optimum de procédé laser.
Métaux
Les métaux sont des matériaux résistants à la chaleur; marquer le métal requiert donc une irradiation laser haute densité. Fondamentalement, la moyenne de la puissance laser conduit à la fonte et la puissance de crête cause l’évaporation du matériau.
Bien que les métaux réfléchissent une forte portion de la lumière irradiée, ils peuvent tout de même être traités aux lasers CW à puissance élevée ou aux lasers à impulsion de forte puissance comme les lasers à fibre émettant une longueur d’onde de 1 μm approximativement. Les lasers de longueur d’onde plus grande, comme les lasers CO2 10.6μm, ont une réflectivité encore plus élevée, elle qui approche 99%. Néanmoins, ils sont encore aujourd’hui les lasers utilisés pour la découpe des assiettes de métal.
Plastiques
Chaque plastique comporte ses propriétés matérielles spécifiques, comme leur spectre singulier d’absorption de la lumière. L’irradiation laser peut générer diverses modifications chimiques -- fonte ou évaporation du matériau. Les plastiques sont rarement utilisés tels quels, car plusieurs additifs comme des colorants, des retardateurs ultraviolets, des agents de relâche, etc. y sont ajoutés . Ces additifs affectent le résultat du marquage laser.
Les lasers CO2 sont des outils efficaces pour graver ou retirer des plastiques. Les lasers à fibre à impulsion et CW sont utilisés pour souder et marquer le plastique. Les lasers UV offrent des patterns aux résolutions élevées et une grande efficacité en retrait des matériaux dans les applications microélectroniques.
Matériaux organiques
Le marquage des matériaux organiques comme le bois est basé sur la carbonisation matérielle qui produit un noircissement de la surface en offrant un marquage contrasté. La longueur d’onde meso-infrarouge des lasers CO2 a une bonne absorption et en fait un excellent choix pour traiter les matériaux organiques. Une autre longueur d’onde meso-infrarouge comme 2.94 μm est aussi intéressante pour travailler les matériaux organiques. Cette longueur d’onde peut être obtenue avec une source spécifique de laser à fibre qui repose sur des fibres de verre fluoré.
Verre
Le verre est un matériau fragile et son chauffage au laser génère des effets thermomécaniques qui créent des microfissures. Les caractères marqués dans le verre transparent sont visibles grâce à la lumière disséminée dans les zones affectées par la chaleur. Les systèmes optimisés de marquage laser CO2 permettent de marquer le verre de façon permanente.
En ce qui concerne la découpe, le verre est un matériau très difficile à couper au laser. Il est toutefois possible de couper du verre mince comme les écrans de téléphone “gorilla glass” avec des impulsions laser ultra-courtes.
Céramique
Les propriétés générales de la céramique sont une température élevée de fonte et une grande dureté. Ce matériau est aussi rarement traité dans son état pur, des impuretés étant généralement ajoutées. La plupart des céramiques peuvent être marquées, bien qu’elles soient difficiles à couper, car elles tendent à fissurer.