Comment choisir des lasers pour les machines de marquage laser?

Le marquage au laser offre une vitesse de marquage rapide, un contrôle précis, un rendement élevé, des marques durables, des dommages de surface minimaux, un faible bruit et un entretien facile. Il remplace progressivement les méthodes de marquage traditionnelles telles que l'estampage en acier, le marquage électrochimique, le marquage par points, la gravure mécanique, l'électroérosion et l'impression à jet d'encre.

À l'intérieur de chaque machine de marquage laser, la source laser est l'un des composants les plus importants. Il génère et émet le faisceau laser, et sa qualité affecte directement les performances de marquage, la stabilité du traitement, la compatibilité des matériaux et les résultats de marquage finaux. Ce guide compare trois types de laser courants: les lasers à fibre, les lasers UV et les lasers à diode.

1. types de laser utilisés dans des machines de marquage laser

Les lasers à fibre, les lasers UV et les lasers à diode sont couramment discutés dans les applications de marquage et de gravure au laser. Chaque type de laser a un milieu de travail différent, une gamme de longueurs d'onde, une qualité de faisceau, un mode de fonctionnement et un champ d'application approprié.

2. Principes de travail

2.1 Génération laser

Un laser à fibre utilise généralement une excitation par diode pour stimuler la fibre dopée aux terres rares, générant ainsi le faisceau laser. Les sources laser à fibre sont largement utilisées car elles peuvent fournir une sortie stable et une qualité de faisceau élevée.

Un laser UV utilise un milieu de travail solide et génère une lumière laser en excitant optiquement des ions laser-actifs dopants dans le milieu solide. Sa longueur d'onde courte le rend approprié au marquage fin et aux applications qui exigent l'influence thermique limitée.

Une diode laser utilise une structure de jonction p-n. Lorsque la jonction reçoit un signal électrique continu approprié, les électrons et les trous se recombinent et libèrent des photons. Après mise en valeur par la cavité du résonateur, un faisceau laser est produit. En termes simples, un laser à diode peut directement convertir l'énergie électrique en énergie lumineuse.

2.2 Gamme de longueurs d'onde

Les lasers à fibre optique, y compris les types Q-switch et MOPA, émet généralement des longueurs d'onde laser autour de 1064 nm. Cette longueur d'onde se situe dans le proche infrarouge et est bien absorbée par de nombreux métaux courants, tels que l'acier inoxydable, l'aluminium et le cuivre, ce qui rend les lasers à fibre adaptés au marquage et à la gravure des métaux.

La lumière laser à fibre est invisible à l'œil humain. Certains systèmes laser combinent l'indication de lumière rouge visible avec le chemin laser invisible, permettant aux utilisateurs de prévisualiser la zone de traitement avant le marquage. Pendant le traitement au laser réel, le couvercle de la machine doit être fermé pour assurer la sécurité et éviter l'exposition directe des yeux.

Les lasers UV émettent généralement de la lumière ultraviolette à environ 350 ± 5 nm. Leur longueur d'onde plus courte peut affecter les matériaux au niveau moléculaire, produisant des effets thermiques minimaux. Cela rend le marquage au laser UV adapté à de nombreux matériaux, en particulier les matériaux sensibles à la chaleur tels que le verre et les plastiques thermoplastiques.

Les lasers à diode ont une gamme de longueurs d'onde plus large, souvent entre 400 et 2000 nm. Les longueurs d'onde de traitement laser courantes comprennent la lumière verte de 532 nm, la lumière bleue de 450 ± 5 nm et la lumière violette de 405 nm. Ces longueurs d'onde sont visibles, mais la visualisation directe est toujours dangereuse car une exposition directe à un laser peut endommager les yeux.

2.3 Qualité du faisceau laser

La qualité du faisceau laser est souvent mesurée par M². Cette valeur représente le rapport entre le faisceau réel et un faisceau gaussien idéal. Plus la valeur M² est proche de 1, meilleure est la qualité du faisceau. Une meilleure qualité de faisceau signifie une taille de tache plus petite, une densité de puissance plus élevée et une meilleure qualité de traitement.

Les lasers à fibre ont généralement une qualité de faisceau élevée, avec une valeur de M² inférieure à 1,2. Leur faisceau est proche d'une distribution gaussienne idéale, ce qui les rend adaptés aux applications de marquage haute précision et haute résolution.

Les lasers UV ont également une qualité de faisceau élevée, souvent avec une valeur de M² inférieure à 1,2. Leur longueur d'onde courte permet une très petite tache focalisée sur les matériaux, ce qui est utile pour un marquage précis. Cependant, la qualité du faisceau laser UV peut être affectée par des facteurs environnementaux tels que les fluctuations de température et les vibrations mécaniques.

Les lasers à diodes ont généralement une valeur M² comprise entre environ 1,1 et 1,7. Leur qualité de faisceau dépend fortement de la structure du laser et des conditions de fonctionnement. Les lasers à diode de faible puissance ont souvent une meilleure qualité de faisceau, tandis que les lasers à diode de haute puissance peuvent avoir des formes de faisceau plus variables et irrégulières.

2.4 Modes de fonctionnement

Basé sur le mode d'émission, les lasers peuvent être divisés en lasers à ondes continues et lasers pulsés. Dans la comparaison des sources, les lasers à fibre et les lasers UV sont discutés comme des lasers pulsés, tandis que les lasers à diode sont discutés comme des lasers à ondes continues.

Les lasers à ondes continues émettent de la lumière en continu pendant le fonctionnement, comme l'eau s'écoulant d'un tuyau. Les lasers pulsés émettent de la lumière par intermittence, libérant un certain nombre d'impulsions laser par unité de temps, sans lumière entre deux impulsions. Les lasers à ondes continues ont généralement des effets thermiques plus évidents, tandis que certains lasers pulsés ont des effets thermiques beaucoup plus faibles.

2.4.1 Lasers pulsés

Les lasers pulsés peuvent émettre un grand nombre d'impulsions laser en une seconde. Ils ont deux paramètres importants liés à la puissance: la puissance moyenne et la puissance de crête. La puissance moyenne mesure la sortie sur une seconde, y compris les impulsions émises et les intervalles sans lumière. La puissance de crête mesure la puissance instantanée pendant une impulsion.

La puissance maximale peut être des centaines de fois supérieure à la puissance moyenne. Il est différent de la puissance maximale, qui est couramment discutée pour les lasers à ondes continues. Dans les machines de marquage MOPA, la puissance crête peut être contrôlée indirectement en ajustant des paramètres tels que la largeur d'impulsion. Les machines de marquage Q-switch ont une largeur d'impulsion non réglable, tandis que les machines de marquage MOPA permettent une largeur d'impulsion réglable.

2.4.2 Lasers à ondes continues

Les lasers à ondes continues émettent de la lumière en continu. Dans certaines applications pratiques, les lasers à ondes continues peuvent moduler la sortie du laser en lumière pulsée en ajustant le signal PWM, mais l'énergie des impulsions est beaucoup plus faible que celle des vrais lasers pulsés.

La puissance laser est généralement mesurée en watts, tandis que les paramètres logiciels peuvent afficher la puissance en pourcentage. Par exemple, un laser 30 W réglé sur des sorties de puissance de 20% environ 6 W. Plus la puissance de sortie est élevée, plus l'énergie du faisceau laser est importante.

3. Performance de traitement

3.1 Temps de traitement

Le temps de traitement des machines de découpe et gravure laser à diode est généralement beaucoup plus long que celui des machines de marquage laser. Ceci est lié au système de mouvement et à la vitesse de traitement maximale de la machine.

Les machines de découpe et de gravure laser à diode de petite et moyenne taille ne peuvent généralement pas dépasser 1000 mm/s. En comparaison, les machines de marquage laser peuvent souvent atteindre des vitesses de traitement maximales supérieures à 2000 mm/s. En effet, les machines de marquage utilisent un système de galvanomètre pour déplacer rapidement le faisceau laser, tandis que les machines de découpe et de gravure au laser utilisent des moteurs, des rails et des courroies de transmission.

3.2 Matériaux applicables

Q-commuté et machines d'inscription de laser de fibre de MOPA peuvent marquer beaucoup de métaux, y compris le laiton, cuivre blanc, bronze, bronze de phosphore, 304 acier inoxydable, acier inoxydable de miroir, acier au carbone, fer pur, feuille galvanisée de fer, en alliage de zinc, en alliage de zinc plaqué or, zinc, magnésium, nickel, aluminium, aluminium anodisé, Et le titane. Ils peuvent également marquer certains matériaux non métalliques tels que le PBT, le PET, la résine époxy, le cuir PU et l'ardoise, et peuvent éliminer les revêtements des métaux revêtus et de l'ABS peint.

Le marquage au laser UV utilise la technologie de marquage à la lumière froide et affecte directement la structure moléculaire des matériaux à impact thermique limité. Il convient à la plupart des matériaux, à l'exception de quelques métaux hautement réfléchissants, notamment les métaux, le bois, les plastiques et les matériaux sensibles à la chaleur tels que le verre et les thermoplastiques. Il convient également au marquage ultra-fin, tel que le marquage des matériaux d'emballage alimentaire et médical et le traitement des micro-trous des plaquettes de silicium.

Les lasers bleus de diode peuvent traiter le bois, le cuir, le papier, le carton, l'acrylique opaque, la pierre, le verre enduit, la céramique enduite, l'acier inoxydable, le titane, le fer, et l'oxyde d'aluminium. Cependant, les effets de traitement peuvent varier considérablement, en particulier par rapport aux machines de marquage dédiées.

3.3 Effets du traitement

Différentes longueurs d'onde laser produisent différents effets sur les matériaux. Les lasers UV peuvent fournir une précision de traitement élevée et conviennent au traitement fin au niveau du micron ou même du nanomètre. Sur certains plastiques, tels que les bouteilles de boisson blanches, le marquage UV peut créer des marques claires et vives comparables à l'impression sans causer de pollution ou de dommages matériels.

Lors de la gravure de produits en plastique avec des lasers à fibre, il y a souvent peu de résidus et l'effet peut être très bon. En revanche, la gravure laser bleue peut laisser des résidus autour des bords du motif, créant un effet moins propre. La gravure au laser bleu sur l'acrylique peut également être moins évidente, tandis que les lasers à fibre peuvent créer des motifs plus clairs et plus brillants sur l'acrylique.

Pour le marquage des métaux, les lasers à fibre créent généralement des marques claires, précises et de haute qualité sur la plupart des surfaces métalliques. Les machines de gravure laser bleu peuvent graver des métaux, mais la profondeur de gravure peut être inégale, la qualité de marquage des couleurs peut être instable et les effets thermiques peuvent provoquer une déformation du métal. Pour cette raison, la gravure laser bleu sur métal est plus adaptée au bricolage qu'aux applications commerciales.

Les lasers à fibre Q-switch et MOPA utilisent tous deux couramment une longueur d'onde de 1064 nm, mais leurs performances de marquage diffèrent. Les machines Q-switch peuvent obtenir un marquage noir et blanc sur certains métaux et un marquage couleur stable sur les plaques de titane. Les machines MOPA peuvent réaliser toutes les fonctions de marquage des machines à commutation Q et peuvent également fournir des couleurs de marquage plus riches, y compris le marquage noir sur l'aluminium anodisé et le marquage de couleur stable sur l'acier inoxydable.

4. Considérations générales sur la machine

4.1 Durée de vie

Les lasers à fibre ont généralement une longue durée de vie, dépassant généralement 20 000 à 30 000 heures. Certains fournisseurs de lasers à fibre Q-switch affirment que leurs lasers peuvent durer jusqu'à 100 000 heures. La durée de vie UV de laser peut dépasser 20 000 heures. La durée de vie réelle dépend des conditions de fonctionnement, de l'environnement et de la maintenance.

La durée de vie du laser à diode est d'environ 10 000 heures, mais certains lasers à diode peuvent ne pas atteindre la durée de vie prévue. Étant donné que les lasers à diodes doivent souvent fonctionner à haute puissance pour obtenir des résultats satisfaisants, un fonctionnement à haute puissance à long terme peut accélérer le vieillissement des composants, réduire la puissance de sortie, augmenter le risque de défaillance et affecter la stabilité.

4.2 Méthode de refroidissement

Les machines laser génèrent de la chaleur pendant un fonctionnement prolongé. Sans dissipation thermique appropriée, une sortie laser instable et une qualité de faisceau réduite peuvent se produire. Les machines de marquage laser utilisent généralement un refroidissement par air pour dissiper la chaleur.

Le refroidissement à l'air est simple pour installer et maintenir, et il est commode pour la conception intégrée de machine. Cependant, il peut ne pas dissiper la chaleur aussi efficacement que le refroidissement par eau et convient principalement aux équipements laser de petite et moyenne taille. Le refroidissement par ventilateur peut également produire du bruit, ce qui doit être pris en compte si l'environnement de travail doit rester très silencieux.

4.3 Volume et poids

Selon l'article source, la machine laser à commutation de Q série Aurora pèse 71 kg, la machine laser MOPA pèse 76 kg et la machine laser UV pèse 92,5 kg.

Les lasers à diode ont une structure plus simple, un rendement élevé et une taille compacte, ce qui les rend légers. Ils sont couramment utilisés dans les machines portables et d'autres applications à petite échelle dans le domaine du marquage laser non métallique.

5. Scénarios d'application

Lors du choix d'un laser, les utilisateurs doivent tenir compte des besoins de traitement spécifiques, des contraintes budgétaires, des types de matériaux, de l'effet de marquage requis, de l'échelle de production et de l'environnement d'utilisation de l'équipement. Chaque type de laser a ses propres scénarios d'application appropriés.

5.1 Lasers à fibre

Les machines de marquage laser à fibre offrent des avantages tels qu'une longue durée de vie et un faible coût de maintenance, ce qui les rend adaptées aux applications commerciales et industrielles. Les machines de marquage laser Q-switch fournissent des fonctions de marquage de base et peuvent marquer les métaux, certains non-métaux, logos et métiers.

Les machines de marquage laser MOPA peuvent réaliser toutes les fonctions de marquage des machines de marquage laser Q-switched. De plus, les machines MOPA peuvent créer des couleurs plus riches, un marquage noir sur l'aluminium anodisé et un marquage de couleur stable sur l'acier inoxydable. Leur effet de marquage est plus fin, plus lisse et plus adapté au traitement de précision.

5.2 Lasers UV

Les machines de marquage au laser UV conviennent aux applications industrielles où les informations sur les produits telles que les dates de production, les numéros de lot et les codes de traçabilité doivent être marquées immédiatement après la production. Le marquage à la lumière froide UV se comporte bien sur les emballages en plastique pour la nourriture, les nécessités quotidiennes et les appareils électriques.

Le marquage UV peut créer de bons effets visuels sans pollution d'encre, risques de perforation d'emballage, chauffage excessif ou substances toxiques et nocives causées par le traitement thermique. Les machines de marquage laser UV sont également utilisées dans les domaines de traitement fin tels que les cartes de circuits imprimés flexibles et la fabrication de boutons translucides.

5.3 Lasers à diodes

Les lasers à diode conviennent à diverses applications à petite échelle, mais ils présentent des limites en termes de qualité de faisceau, de capacité d'impulsion courte, de contrôle des effets thermiques, de plage d'application, de puissance et de vitesse de traitement. Par rapport aux lasers à fibre, les lasers à diode conviennent moins au marquage commercial des métaux.

Leurs avantages sont un coût inférieur, une taille compacte, un transport plus facile et une utilisation flexible. Ils peuvent plaire aux utilisateurs qui n'utilisent que des lasers occasionnellement, ne nécessitent pas de production de masse, ont un espace limité ou doivent déplacer fréquemment des machines, tels que les vendeurs de rue ou les utilisateurs de bricolage.

6. Conclusion

Choisir le bon laser pour une machine de marquage laser dépend des matériaux que vous prévoyez de traiter, de l'effet de marquage requis, des exigences de production, du budget et de l'environnement de travail. Les lasers à fibre sont des choix solides pour le marquage des métaux et l'utilisation commerciale, les lasers UV conviennent au marquage à la lumière froide et aux matériaux sensibles à la chaleur, et les lasers à diode sont plus adaptés au bricolage ou à une utilisation occasionnelle.

Pour les utilisateurs qui ont besoin d'un marquage durable, précis et efficace, les machines de marquage laser fibre et UV offrent généralement des performances globales plus élevées que les machines de gravure laser à diode. Pour les utilisateurs qui privilégient la portabilité et le faible coût, les lasers à diodes peuvent toujours être un choix pratique d'entrée de gamme.