EP1878586A1 - Procédé de marquage laser - Google Patents

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EP1878586A1 EP06117094A EP06117094A EP1878586A1 EP 1878586 A1 EP1878586 A1 EP 1878586A1 EP 06117094 A EP06117094 A EP 06117094A EP 06117094 A EP06117094 A EP 06117094A EP 1878586 A1 EP1878586 A1 EP 1878586A1
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/267—Marking of plastic artifacts, e.g. with laser

Definitions

  • the invention relates to the field of laser marking. It relates more specifically to a method of laser marking a material transparent to the wavelength of the laser.
  • the Nd: YAG laser which has a small footprint and a relatively modest cost, is widely used. Its wavelength of 1064nm makes it possible to mark absorbent materials in the infra-red such as metals and certain plastics or ceramics. However, there is a range of transparent materials at 1064nm, for which the use of the Nd: YAG laser at this wavelength is impossible.
  • One solution for these materials is to use a frequency multiplier to obtain radiation at 355 nm, that is to say in the ultraviolet. This solution is however expensive, bulky and unfavorable from the energy point of view. For this reason, it is best to avoid it.
  • Plexiglas or PMMA of the English Poly MethylMethAcrylate, is such a material. Transparent in the visible, it has good mechanical properties, so it is often used as a replacement for glass, for many applications.
  • Plexiglas being weakly absorbing at 1064nm several solutions already exist to mark it.
  • the marking at 355 nm suffers from the disadvantages mentioned.
  • Another method is to introduce into the mass of the plexiglass photosensitive pigments at 1064 nm. This solution, however, increases the cost of manufacturing plexiglass.
  • mechanical engraving by milling is long and poorly suited to serial marking.
  • the installation shown in FIG. 1 comprises a laser 10 of the Nd: YAG type emitting radiation at 1064 nm.
  • the laser 10 could be a CO2 laser emitting far-infrared radiation at 10 microns.
  • a support 12, consisting of a flat plate having a neat surface state, is disposed in the path of the laser radiation.
  • the support 12 is made of metal, such as brass or aluminum, or any other material capable of strongly absorbing the light radiation emitted by the laser and transforming it into thermal energy.
  • An article 14 intended to be marked is disposed in contact with the support 12, between the support 12 and the laser 10.
  • the article 14 is a solid plexiglass flat plate used as a support, for example.
  • article 14 could be made of any other plastic material transparent to the wavelength of 1064 nm, for example polycarbonate or nylon.
  • Article 14 could also have a form that is not flat but of any kind.
  • the thermal contact between the support 12 and the article 14 must be as good as possible, for reasons which will appear later.
  • the support 12 In the case of a non-flat article 14, the support 12 must be adapted to the shape thereof, so as to optimize the thermal contact between the two elements.
  • the laser 10 emits radiation in the form of a beam 16 of wavelength 1064 nm in the direction of the article 14.
  • the beam 16 passes through the plexiglass plate 14 with little or no absorption.
  • the beam 16 strikes the support 12 on a surface of the order of 2.10 -9 m 2 .
  • the support 12 absorbs the radiation and transforms it into thermal energy. It then heats locally up to a temperature of the order of a few tens to a few hundred degrees Celsius.
  • the thermal energy is transferred at least partially to Article 14.
  • the plexiglass is transformed locally chemically, for example by carbonization, or physically, for example by melting. Both types of transformations can occur simultaneously.
  • the plexiglass surface thus transformed presents a contrast with the untreated surface, this contrast giving rise to the marking of the plexiglass.
  • the scanning by the laser beam 16 of a given zone allows the marking of a bar code, a logo, an image or any other inscription.

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  • Laser Beam Processing (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un procédé de marquage d'un article à l'aide d'un laser émettant un rayonnement de longueur d'onde », l'article étant constitué en un matériau faiblement absorbant à ladite longueur d'onde », comportant les principales étapes suivantes : - se munir d'un support constitué d'un matériau fortement absorbant à la longueur d'onde » et capable de transformer au moins en partie l'énergie lumineuse absorbée en énergie thermique, - disposer l'article contre le support de manière à réaliser un contact thermique suffisant entre l'article et le support pour transférer de l'énergie thermique du support à l'article, l'article étant interposé entre le laser et le support, - illuminer localement le support à travers l'article dans des conditions aptes à générer, en surface du support, une énergie thermique suffisante pour que le transfert d'énergie thermique du support à l'article produise en surface de l'article une transformation physique ou chimique locale, résultant en un contraste à l'origine du marquage.

Description

  • L'invention se rapporte au domaine du marquage laser. Elle concerne plus précisément un procédé de marquage laser d'un matériau transparent à la longueur d'onde du laser.
  • Le marquage laser de divers matériaux est très répandu dans de nombreuses industries. II sert, par exemple, à inscrire un numéro de série, un code barre, un logo etc... Le laser Nd:YAG, qui présente un encombrement faible et un coût relativement modeste, est largement employé. Sa longueur d'onde de 1064nm permet de marquer des matériaux absorbants dans l'infra-rouge tels que des métaux et certains plastiques ou céramiques. Cependant, il existe une gamme de matériaux transparents à 1064nm, pour lesquels l'utilisation du laser Nd:YAG à cette longueur d'onde est impossible. Une solution pour ces matériaux, est d'utiliser un multiplicateur de fréquences permettant d'obtenir un rayonnement à 355nm, c'est-à-dire dans l'ultra-violet. Cette solution est toutefois coûteuse, encombrante et défavorable du point de vue énergétique. Pour cette raison, il est préférable de l'éviter.
  • Parmi les matériaux transparents à 1064nm, certains sont susceptibles de se transformer physiquement ou chimiquement sous l'effet d'une élévation de la température de l'ordre de grandeur de celle produite par des impulsions laser (typiquement quelques dizaines à quelques centaines de degrés Kelvin). Le plexiglas ou PMMA, de l'anglais Poly MethylMethAcrylate, est un tel matériau. Transparent dans le visible, il possède de bonnes propriétés mécaniques, de sorte qu'il est souvent employé en remplacement du verre, pour de nombreuses applications.
  • Le plexiglas étant faiblement absorbant à 1064nm, plusieurs solutions existent déjà pour le marquer. Le marquage à 355nm, évoqué précédemment, souffre des inconvénients cités. Une autre méthode consiste à introduire dans la masse du plexiglas des pigments photosensibles à 1064nm. Cette solution renchérit toutefois les coûts de fabrication du plexiglas. Enfin, le gravage mécanique par fraisage est long et peu adapté au marquage en série.
  • La présente invention propose une alternative simple et économique aux différentes méthodes de marquage des matériaux tels que le plexiglas, faiblement absorbants à 1064nm. Elle concerne plus précisément un procédé de marquage d'un article à l'aide d'un laser émettant un rayonnement de longueur d'onde λ, l'article étant constitué en un matériau faiblement absorbant à la longueur d'onde λ, caractérisé en ce qu'il comporte les principales étapes suivantes :
    • se munir d'un support constitué d'un matériau fortement absorbant à la longueur d'onde λ, et capable de transformer au moins en partie l'énergie lumineuse absorbée en énergie thermique,
    • disposer l'article contre le support de manière à réaliser un contact thermique suffisant entre l'article et le support pour transférer de l'énergie thermique du support à l'article, l'article étant interposé entre le laser et le support,
    • illuminer localement le support à travers l'article dans des conditions aptes à générer, en surface du support, une énergie thermique suffisante pour que le transfert d'énergie thermique du support à l'article produise en surface de l'article une transformation physique ou chimique locale, résultant en un contraste à l'origine du marquage.
  • Grâce à l'emploi d'un matériau fortement absorbant à une longueur d'onde λ pour le support, et au contact thermique étroit entre l'article à marquer et le support, le marquage d'un matériau transparent à la longueur d'onde λ peut être réalisé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit d'un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, cet exemple étant donné à titre purement illustratif et non limitatif seulement, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une représentation schématique de l'installation utilisée pour le procédé selon l'invention.
  • L'installation représentée sur la figure 1 comporte un laser 10 du type Nd:YAG émettant un rayonnement à 1064nm. En variante, le laser 10 pourrait être un laser à CO2, émettant un rayonnement dans l'infrarouge lointain, à 10 microns. Un support 12, constitué d'une plaque plane présentant un état de surface soigné, est disposé sur le trajet du rayonnement laser. Le support 12 est en métal, tel que du laiton ou de l'aluminium, ou tout autre matériau apte à absorber fortement le rayonnement lumineux émis par le laser et à le transformer en énergie thermique.
  • Un article 14 destiné à être marqué est disposé au contact du support 12, entre le support 12 et le laser 10. L'article 14 est une plaque plane en plexiglas massif utilisée comme support, par exemple. En variante, l'article 14 pourrait être constituée de tout autre matériau plastique transparent à la longueur d'onde de 1064nm, par exemple, de polycarbonate ou de nylon. L'article 14 pourrait également avoir une forme non pas plane mais quelconque.
  • Le contact thermique entre le support 12 et l'article 14 doit être aussi bon que possible, pour des raisons qui apparaîtront ultérieurement. A cet effet, il est possible de presser l'article 14 contre le support 12 à l'aide d'un serre-joint, ou de disposer un objet massique sur l'article 14 dans le même but. Dans le cas d'un article 14 non plat, le support 12 doit être adapté à la forme de celui-ci, de façon à optimiser le contact thermique entre les deux éléments.
  • Le laser 10 émet un rayonnement sous la forme d'un faisceau 16 de longueur d'onde 1064nm en direction de l'article 14. Le faisceau 16 traverse la plaque en plexiglas 14 en étant pas ou très peu absorbé. En sortie de la plaque 14, le faisceau 16 frappe le support 12 sur une surface de l'ordre de 2.10-9 m2. Le support 12 absorbe le rayonnement et le transforme en énergie thermique. II s'échauffe alors localement jusqu'à une température de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de degrés Celsius. L'énergie thermique est transférée partiellement au moins, à l'article 14. Sous l'effet de cet apport d'énergie thermique local, le plexiglas se transforme localement chimiquement, par exemple par carbonisation, ou physiquement, par exemple par fusion. Les deux types de transformations peuvent également se produire simultanément. La surface de plexiglas ainsi transformée présente un contraste avec la surface non traitée, ce contraste donnant lieu au marquage du plexiglas.
  • Le balayage par le faisceau laser 16 d'une zone déterminée permet le marquage d'un code barre, d'un logo, d'une image ou de toute autre inscription.

Claims (5)

  1. Procédé de marquage d'un article à l'aide d'un laser émettant un rayonnement de longueur d'onde λ, ledit article étant constitué en un matériau faiblement absorbant à ladite longueur d'onde λ, caractérisé en ce qu'il comporte les principales étapes suivantes :
    - se munir d'un support constitué d'un matériau fortement absorbant à la longueur d'onde λ, et capable de transformer au moins en partie l'énergie lumineuse absorbée en énergie thermique,
    - disposer ledit article contre ledit support de manière à réaliser un contact thermique suffisant entre ledit article et ledit support pour transférer de l'énergie thermique dudit support audit article, ledit article étant interposé entre ledit laser et ledit support,
    - illuminer localement ledit support à travers ledit article dans des conditions aptes à générer, en surface dudit support, une énergie thermique suffisante pour que le transfert d'énergie thermique dudit support audit article produise en surface dudit article une transformation physique ou chimique locale, résultant en un contraste à l'origine dudit marquage.
  2. Procédé de marquage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit laser est un laser Nd:YAG émettant un rayonnement de longueur d'onde λ égale à 1064nm.
  3. Procédé de marquage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau constituant ledit support est un métal.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit métal est du laiton.
  5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit métal est de l'aluminium.
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