Marquage laser 3D
Caractéristiques

Qu’est-ce que le Z-Dynamique et comment cela fonctionne

L’un des aspects cruciaux dans la manipulation d’un faisceau laser est le contrôle du point de focalisation. Ce contrôle peut être obtenu à travers l’utilisation de différentes lentilles optiques, ce qui permet d’adapter le faisceau aux exigences spécifiques de leurs applications.

Les lentilles optiques sont fondamentales pour la manipulation d’un faisceau laser. Elles peuvent converger ou diverger le faisceau en influençant directement son point de focalisation.

L’une des techniques les plus efficaces pour changer le point de focalisation d’un faisceau laser est la combinaison de différentes lentilles comme des lentilles concaves ou convexes

Les lentilles convexes sont conçues pour faire converger le faisceau alors que les lentilles concaves créent l’effet opposé, avec la défocalisation du faisceau.

La loi de la réfraction, énoncée par Snell, décrit le comportement de la lumière quand elle passe à travers un milieu ayant un indice de réfraction différent.

Legge-di-Snell-2_FR Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Cette loi est essentielle pour comprendre la manière dont les lentilles optiques peuvent réaliser la focalisation ou la défocalisation d’un faisceau laser.

Quand la lumière passe à travers une lentille convergente, les rayons convergeront vers un point de focalisation. Au contraire, une lentille divergente garantira que les rayons divergent, en simulant l’origine d’un point de focalisation virtuel.

La relation mathématique associée à la formation de l’image à travers une lentille souligne la relation entre la loi de Snell et les propriétés optiques des lentilles :

image-5 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

La combinaison de ces lentilles offre une synthèse de puissance focale, permettant d’obtenir des points de focalisation précis et réglables.

Lenti-concave-e-convesse_FR-1-1024x249 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Quand on a trois lentilles en série, il est possible de calculer la distance focale totale du système de lentille en utilisant la formule de la somme réciproque des distances focales.

Cette formule est issue de :

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Dans des applications plus complexes, il est possible de combiner les lentilles de manière opportune afin de permettre des variations de la longueur focale même sur de longues distances.

Immagine3 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
Estremo-destro_FR-1 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Des paramètres comme la qualité du spot, la forme, le M2 et le MTF sont tous cruciaux pour évaluer l’efficacité et la fiabilité de la conception d’un système optique. L’optimisation de ces aspects est fondamentale pour garantir des résultats très précis et une cohérence dans les applications laser avancées.

  • Une excellente qualité du spot est caractérisée par un profil d’intensité régulière et concentrée.
Immagine5 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
  • La forme du spot se réfère à la géométrie de la zone éclairée par le faisceau laser. Dans de nombreuses applications, on essaie d’obtenir un spot le plus symétrique et uniforme possible pour garantir des résultats soignés.
  • Dans le vaste monde de l’optique et de la physique des particules, la forme des spots laser a un rôle fondamental dans les applications pratiques, de l’industrie à la recherche scientifique. Ces spots sont souvent décrits avec des distributions gaussiennes.

La fonction gaussienne est exprimée mathématiquement comme :

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où A est l’ampleur maximum, μ est la valeur moyenne et σ est la déviation standard, décrit de manière soignée la forme de l’énergie distribuée dans l’espace.

L’équation de la forme de l’histogramme gaussien permet de calculer la valeur de f(x) sur n’importe quel point de l’espace, en offrant une description mathématique complète du spot laser. L’intégration de l’équation sur tout l’espace fournit l’énergie totale.

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Les propriétés de la courbe gaussienne sont :

  • Symétrie : La gaussienne est symétrique par rapport à sa valeur moyenne μ, ce qui implique que la distribution est égale à droite et à gauche du pic.
  • Zone sous la courbe : La zone sous la courbe gaussienne est proportionnelle à l’énergie totale du spot.
Immagine6 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
  • Le paramètre , ou facteur de qualité du faisceau, est un indicateur de la qualité d’un faisceau laser. Il mesure la déviation du profil du faisceau par rapport à un faisceau gaussien idéal. Une valeur M² de 1 indique un faisceau parfaitement gaussien. Des valeurs supérieures indiquent une déviation du modèle idéal. Le facteur M² est particulièrement important quand on considère les performances de propagation du faisceau sur de longues distances ou quand la collimation précise est cruciale.
  • La fonction de transfert modulée (MTF) est un indicateur de la capacité d’un système optique de reproduire les détails de l’image.
Immagine7 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Limites et solutions des marquages/gravures 3D

Les marquages/gravures sur des solides tridimensionnels peuvent être réalisés entre deux limites :

La première limite est de type physique et provient de l’inclinaison du rayon laser.

En effet, à la perpendiculaire, le rayon laser est caractérisé par un spot de dimension circulaire ayant la quantité d’énergie maximum et par conséquent une puissance de gravure maximum sur le matériel ; si l’on s’éloigne alors de ces conditions de perpendicularité, les dimensions du spot du laser deviennent petit à petit plus éliptiques, réduisant la densité d’énergie et donc la force de gravure sur le matériel.

Immagine9 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
Immagine10 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

La deuxième limite est de type mécanique et provient de la course maximum possible du Z-Dynamique. Cette course dépend du projet optique utilisé et en général a une valeur de 35/40 mm.

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Selon les cas, ces limites peuvent parfois être contournées au moyen de l’utilisation, par exemple, d’un mandrin pour le marquage/la gravure sur des surfaces cylindriques entières:

Immagine13 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
Immagine12 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Wrapping et Projection et Exemple de marquages 3D

Nous avons développé des technologies qui nous permettent de marquer ou de graver sur des surfaces complexes avec une précision géométrique très élevée.

En effet, en plus de la simple projection planaire, nous sommes en mesure d’englober n’importe quel graphique plat sur toute sorte de solide tridimensionnel, obtenant ainsi des résultats géométriquement extrêmement fidèles par rapport aux prévisions en phase conceptuelle, réalisant ainsi des marquages/gravures sans distorsions géométriques.

Ce type de marquage laser complexes est possible grâce à la coexistence de deux technologies différentes :

  • Wrapping 3D, qui nous permet de marquer des dessins tridimensionnels à la géométrie parfaite
  • Z-Dinamique, qui nous permet de maintenir le point focal sur tous les points de la surface examinée.

Ci-dessous quelques exemples de marquage 3D:

Exemples comparatifs entre projection et enroulement d’une grille sur une surface tronconique:

Immagine19 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
Grille Enroulée
Immagine20 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
Grille Projetée
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Confrontation Géométrique Entre Grille Enroulée Et Grille Projetée

Exemple de de-painting 3D sur une jante de voiture

Immagine22 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Esempio di de-painting 3D su un cerchione di un’automobile

Immagine24 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques
Immagine23-1 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Exemple de gravure 3D de textures et inscriptions à l’intérieur d’un moule pour bouteilles

Immagine25 Marquage laser 3D <br>Caractéristiques

Marquage laser 3D : Quand l’utiliser ?

Si l’on considère qu’une tête de scanner à trois axes a un coût majeur par rapport au système traditionnel à deux axes, il faut comprendre combien il convient effectivement de le prendre en considération.

Comme déjà anticipé plus haut, la différence substantielle entre les deux systèmes est relative à la tolérance focale différente, c’est-à-dire la possibilité de marquer un détail qui, pour ses caractéristiques géométriques, n’est pas toujours à la même distance de feu par rapport au bord de la tête de scanner.

En considérant une zone de marquage de 100×100 mm, une tête à trois axes a en général une tolérance de mise au point d’environ 40 mm, alors que celle traditionnelle est limitée à une tolérance entre 2 mm et 6 mm. Il va sans dire que les zones de marquage plus grandes ont une tolérance de mise au point plus grande.

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Auteur

Santo Mario Esposito

Ingénieur Mécanique Système

Auteur

Ciro Tucci

Ingénieur Mécanique Système

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