Marquage laser sur verre : la révolution LASIT

Applications et avantages du marquage laser sur le verre

Le verre est un matériau d’origine naturelle, composé principalement de silice _(SiO2). C’est un solide amorphe et donc ses atomes sont rigides comme dans un cristal mais désordonnés comme dans un liquide et sont donc comparables à des liquides sous-refroidis de très haute viscosité.

La plupart des verres disponibles dans le commerce ne sont pas uniquement composés de silice ; d’autres composés sont ajoutés à ce matériau, qui modifient les propriétés du verre et le rendent adapté à différents usages. Cependant, l’ajout de substances à la composition modifie la « laserabilité » du matériau.

Le verre industriel a une structure plus uniforme et se prête donc mieux au traitement au laser. Le verre artisanal, en revanche, se prête moins bien au traitement au laser. Dans ce cas, c’est précisément le travail artisanal qui peut entraîner des incohérences dans la composition et la structure, telles que des micro-fractures qui, sous l’effet de la chaleur générée par le laser, risquent de briser le verre.

Transparence, compacité et homogénéité structurelle, totale inertie chimique et biologique, imperméabilité aux liquides, gaz, vapeurs et micro-organismes, inaltérabilité dans le temps, stérilisabilité et parfaite compatibilité écologique grâce à la possibilité de recycler un nombre infinite de fois. Telles sont les caractéristiques intrinsèques exceptionnelles du verre, entièrement constitué de substances naturelles.

Le verre se caractérise par sa faible tolérance à la dilatation thermique. Lorsque le verre est soumis au laser, des fractures se produisent au niveau microscopique, entraînant un marquage ou une découpe.

Selon le type de verre, le processus de marquage peut se dérouler de différentes manières.

• Verre sodocalcique :

Le verre sodocalcique est le type de verre le plus courant. Utilisé dans la production de fenêtres, de bouteilles, de vaisselle en verre et d’autres objets de la vie quotidienne, il se prête bien au traitement au laser.

Sur ce type de verre, le marquage est réalisé par la génération de milliers de micro-fractures à la surface du verre. Le choc thermique provoque la dilatation du verre qui, étant un matériau rigide, se fracture. Le résultat est un marquage opaque à l’aspect satiné, tout à fait similaire à l’usinage par des méthodes traditionnelles, mais à un coût bien moindre.

Quelques exemples d’applications se trouvent dans l’industrie de la décoration (décoration de verres et de vaisselle en verre, de vitres, de verre d’intérieur en général), dans l’industrie automobile (gravure de codes d’identification sur les vitres des voitures), dans la production de verrerie de laboratoire (gravure d’échelles graduées).

• Verre de quartz

Le verre de quartz est obtenu par fusion du quartz au lieu de la silice. Il se caractérise par une résistance élevée à la température, une excellente transmissibilité optique et une grande résistance à la corrosion.

Le traitement du verre de quartz par laser_CO2 s’effectue par fusion de surface. La fusion du matériau modifie la structure en treillis du verre, ce qui modifie la réfraction de la lumière par rapport au reste de la surface et donne lieu à un signe reconnaissable.

• Verre de silicate de bore

Le verre borosilicaté, également connu sous le nom commercial de Pyrex, est obtenu en ajoutant des minéraux tels que le bore à la silice ainsi qu’à d’autres composés. La réaction chimique qui en résulte produit un verre présentant une excellente résistance à la dilatation thermique. C’est pourquoi il est largement utilisé dans la production de vaisselle et de produits de boulangerie. Le verre borosilicaté peut être marqué à l’aide d’un laser_CO2.

Avantages du laser sur verre par rapport à d’autres technologies :

La gravure du verre au laser est un processus extrêmement efficace qui s’est avéré économiquement viable tant pour les petites séries que pour la production de masse.

Une telle gravure :

• résiste à l’usure, mais aussi à la corrosion et au contact de substances agressives, telles que des détergents concentrés ou des acides.
• Les coûts sont faibles car il n’y a pas de consommables (sprays, encre, pâtes, etc.).
• Rapidité, même en cas de changement de format : vous pouvez marquer différents produits sans temps d’arrêt.
• Haute définition, même pour les très petites marques.

Par rapport à un procédé tel que le sablage du verre ou la gravure mécanique :

• La gravure laser n’a pas de limites de conception : le sablage est moins précis que la gravure laser et ne permet pas de créer des détails fins.
• C’est un processus plus rapide : le sablage prend plus de temps que la gravure au laser.

Types de laser : UV, CO2 et Picoseconde

L’interaction entre les lasers et le verre est influencée par la longueur d’onde du laser et la durée de l’impulsion. Les lasers picosecondes sont idéaux pour les applications de haute précision.

Laser picoseconde et verre

Les lasers picosecondes génèrent des impulsions laser extrêmement courtes, avec des durées d’impulsion de l’ordre de la picoseconde. Ils se caractérisent par une longueur d’onde de 1030 nm et une circularité du spot de plus de 96%. Chaque impulsion a une durée de cica 1,9 ps et une énergie maximale de 26,4 μJ. En mode « rafale », il peut délivrer des impulsions de très haute énergie (plus de 230-250 μJ à 200kHz).

Lorsque ces impulsions frappent le verre, l’énergie concentrée dans un laps de temps aussi court crée une interaction très intense avec le matériau.

L’énergie du laser est suffisante pour rompre les liaisons chimiques dans le verre, créant ainsi de petites cavités ou incisions.

Contrairement aux lasers à plus grande longueur d’onde, les lasers picosecondes génèrent un échauffement minimal du matériau environnant, car l’énergie est concentrée dans un court laps de temps. Cela réduit le risque de dommages thermiques sur le verre, ce qui rend les lasers picosecondes idéaux pour les applications de marquage et d’usinage de précision.

Laser_CO2 et verre

Les lasers CO2 émettent un rayonnement d’une longueur d’onde de 10 600 nanomètres et d’une circularité de plus de 90 %, qui se situe dans la région de l’infrarouge lointain. Lorsque ce rayonnement atteint le verre, il est absorbé par le matériau, ce qui provoque un réchauffement de la surface.

L’interaction entre le laser_CO2 et le verre peut entraîner :

Fusion et ablationSous l’effet de la chaleur, le verre peut fondre ou s’ablater à la surface. Les lasers_CO2 conviennent donc à la découpe et à la gravure du verre, mais ils peuvent être moins précis que les lasers picoseconde en termes de détails de traitement.

Propagation accrue de la chaleurLes lasers CO2 génèrent une plus grande propagation de la chaleur dans le matériau que les lasers picosecondes, ce qui peut augmenter le risque de créer des fractures indésirables ou des dommages thermiques sur le verre.

Laser UV et verre

Les lasers UV fonctionnent à des longueurs d’onde beaucoup plus courtes, généralement entre 100 et 400 nm, avec une circularité supérieure à 98 %. Lorsque ce rayonnement touche le verre, il peut provoquer des phénomènes de photoablation, similaires aux lasers picosecondes, mais à une échelle plus grossière.

Essais expérimentaux comparant UV, PICO et CO2

Les tests ont été effectués en marquant le même dessin (logo Lasit) sur un verre conventionnel avec les paramètres de marquage optimaux pour chaque système/source optique.

Les types de sources utilisées sont : CO2, UV et fibre (Pico avec mode rafale).

Les mesures prises et les images capturées ont été obtenues à l’aide d’un microscope panfocal : 4k Microscope – VHX Series 7000, qui permet de visualiser le profil tridimensionnel du marquage à des niveaux de zoom allant d’un minimum de 20x à un maximum de 2500x.

CO2 – Marquage de surface

Description des résultats expérimentaux CO2

Dans le cas de la source de CO2, cela se traduit par un marquage caractérisé en général par une faible définition et une forte rugosité (Ra=6um et Rz=24um).
En particulier, on constate que les détails des petites sections sont à peine visibles, de sorte que ce type de source n’est pas recommandé pour réaliser des marquages avec de petits détails minutieux.

Ce résultat est dû à une taille de spot laser plus importante et à la taille des grains sur la surface usinée, qui présente de gros grains (d’environ 11500 ^um2).

En outre, en raison précisément de la grande taille des taches et des grains, il n’est pas possible d’effectuer des marquages internes sur le matériau.

Toutefois, ce type de marquage présente l’avantage d’avoir une grande portée et profondeur de champ et un temps de marquage réduit.

UV – Marquage de surface

Marquage interne

Description des résultats expérimentaux UV

Dans le cas de la source UV, le marquage se caractérise généralement par une bonne définition et une rugosité élevée (Ra=6um et Rz=26um).
En particulier, on constate que les détails des petites sections sont clairement visibles, de sorte que ce type de source peut être utilisé pour des marquages comportant des détails petits et minutieux.

Ceci est rendu possible par une taille de spot laser plus petite et l’uniformité de la taille des grains sur la surface usinée. La réactivité du matériau étant élevée avec ce type de source, on observe généralement une plus grande profondeur du profil marqué (dans les tests jusqu’à 66um). De plus, avec ce type de source, il est possible de réaliser des marquages bien définis et uniformes à l’intérieur du matériau. Ce type de marquage présente l’avantage supplémentaire d’une grande plage de travail et d’une grande profondeur de champ.

Marquage laser UV sur verre : qualité, précision et productivité pour le secteur promotionnel

Dans le monde des objets promotionnels et des cadeaux personnalisés, le verre a toujours été un matériau prestigieux. Les verres, les bouteilles, les trophées, les plaques commémoratives et les cadeaux exigent un travail qui respecte l’élégance du support et garantit des résultats durables. Le marquage laser UV sur verre s’est imposé comme la technologie la plus efficace pour réaliser des gravures de qualité supérieure sur le verre, alliant une esthétique irréprochable à une productivité élevée.

Le marquage blanc sur verre par laser UV se caractérise par un contraste élevé et un aspect élégant. Le résultat final est une surface lisse, uniforme et durable qui ne se dégrade pas, même après des lavages répétés ou une exposition aux intempéries. Pour une entreprise du secteur promotionnel, cela se traduit par des produits finis qui conservent leur valeur perçue et communiquent leur professionnalisme au client final.

PICO – Marquage de surface

Description des résultats expérimentaux PICO BURST

Dans le cas de la source Fibre avec des impulsions picosecondes, le marquage est généralement caractérisé par une haute définition et une faible rugosité (Ra=2um et Rz=12um).
En particulier, on peut observer que les détails des petites sections sont très visibles. Ce type de source est donc recommandé pour réaliser des marquages avec des détails petits et minutieux.

Cela est possible grâce à la faible taille du spot laser, au faible temps de contact avec le matériau et à l’uniformité de la taille des grains sur la surface usinée, qui est d’environ 60 ^um2.

L’impulsion étant de l’ordre de la picoseconde, toute l’énergie est utilisée pour usiner la surface, ce qui limite la dissipation de la chaleur dans le matériau. Pour cette raison, la profondeur du profil est faible (10um), se limitant à la surface usinée.

En outre, grâce à la fonction buste dont ce type de source est équipé, il est possible de réaliser des marquages à l’intérieur du matériau en deux tons de couleur (clair et foncé), qui sont dans les deux cas bien définis et uniformes.

En outre, le type de marquage présente l’inconvénient d’avoir une plage de travail et une profondeur de champ réduites.

Comparaison des résultats