Des plastiques adaptés à la soudure laser
Le soudage laser de plastiques est le résultat des interactions entre la lumière laser et les matériaux en présence. Tous les plastiques peuvent être soudés au laser mais, certaines conditions sont tout de même à respecter. En effet, lorsque les matières plastiques sont transparentes au rayonnement laser, le faisceau les traverse sans provoquer de réaction. Il est cependant possible de jouer sur cette transparence en ajoutant par exemple des pigments lors de la formulation des plastiques. Le matériau devient alors absorbant et peut interagir avec le faisceau laser.
Le principe de la soudure laser de plastiques
Pour souder deux pièces en plastique, il est indispensable que l’une des pièces soient constituée d’un plastique transparent au rayon laser et que l’autre puisse au contraire absorber le faisceau. L’ensemble est alors placé dans le champ du laser. Dans un premier temps, le rayonnement traverse le plastique transparent sans l’endommager. A l’interface, il se heurte au plastique opaque qui absorbe alors l’énergie fournie. La hausse de température provoque la fonte localisée du plastique absorbant et, par conduction thermique, également celle du plastique transparent positionné en vis-à-vis. Les structures moléculaires des deux pièces vont alors s’entremêler et créer, après refroidissement, une soudure particulièrement solide.
Le laser et la mise en pression
Avant de mettre en œuvre la soudure au laser de matières plastiques, il faut tout particulièrement veiller à deux choses. Il faut tout d’abord choisir un laser capable de fournir la densité d’énergie adaptée et émettant à la bonne longueur d’onde. Les lasers de type YAG et à fibre sont de ceux-là. Dès que les contours des pièces sont un peu complexes, on utilise également une tête laser galvanométrique qui permet de littéralement dessiner le cordon de soudure souhaité. Elle peut également être équipée d’un système de vision pour aider au positionnement des pièces et devenir ensuite un moyen de contrôle du soudage réalisé au laser.
L’autre point critique se trouve dans la mécanique de mise en pression. En effet, pour obtenir un résultat optimal, il faut créer une bonne surface de contact. Et d’autant plus si la surface de soudure laser doit être étendue.
Le laser face aux autres techniques de soudure
Les avantages de la soudure laser sur les autres procédés de soudage de plastiques sont nombreux. D’un point de vue purement technique, citons la qualité des soudures obtenues ainsi que leurs tenues mécaniques, généralement au-dessus de celles produites par les autres méthodes. Des temps de cycle courts et l’absence de contact entre le laser et l’ensemble à souder peuvent aussi représenter des atouts intéressants. D’un point de vue plus pratique, l’encombrement réduit des machines laser, leur prix d’achat devenu raisonnable et leurs besoins en maintenance quasi nuls fait du laser, une solution particulièrement compétitive pour les applications de soudage.
Les applications industrielles de la soudure laser de plastiques
Le soudage laser d’optiques de phares (lentille en plastique PC et support en plastique PE) est l’une des applications industrielles du procédé sur lequel ES TECHNOLOGY a récemment travaillée. Pour en savoir plus sur cette application laser, rendez-vous prochainement dans les actualités ES TECHNOLOGY.
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Dans l’industrie de l’emballage notamment, le codage et l’identification des produits est, depuis longtemps, une obligation légale. Pas un seul carton, ni une seule bouteille ne quitte sa ligne de production sans date limite de consommation, numéro de série ou code barre. Pour mener à bien ce type d’applications, les industriels disposent de plusieurs technologies et le laser en fait bien sûr partie. Le laser à gaz CO2 dans un premier temps mais aujourd’hui également le laser à fibre Ytterbium. Et ce dernier présente un certain nombre d’avantages comparé à son prédécesseur. Il permet en effet de coder une large palette de matériaux : métaux, plastiques, matériaux peints (carton, verre, etc.), etc. Mais, le point fort du laser industriel à fibre Ytterbium, comme le es CODE proposé par ES TECHNOLOGY, est sans aucun doute qu’il est, contrairement aux lasers CO2, capable de marquer sur tous les types de plastiques et sur des matériaux souples (films plastiques, etc.) sans les percer. Le tout à des vitesses comparables à celles des autres technologies employées dans le secteur. Pour le marquage sur verre ou sur bois bruts par contre, les lasers CO2 restent les plus adaptés. Autres atouts du laser à fibre Ytterbium : un faisceau stable et de qualité offrant un bon contraste, une grande fiabilité, des besoins en maintenance quasi nuls avec un changement de la source laser après 100 000 heures de fonctionnement seulement (soit 5 fois plus que pour un laser CO2), une faible consommation d’énergie, la possibilité de marquer en stationnaire comme à la volée et une mise en œuvre aisée. Certains lasers à fibre Ytterbium sont également extrêmement compacts et de ce fait très faciles à intégrer sur ligne de production. Ainsi, le es CODE fabriqué à Bordeaux par ES TECHNOLOGY répond à des critères de compacité particulièrement stricts. La tête de ce laser industriel présente des dimensions très réduites (L=de 195 à 300 mm selon le modèle, l=60 mm, h=75 mm) pour un poids des plus faibles (de 800 à 1 200 g selon le modèle). Un avantage de taille face aux lasers CO2, beaucoup plus encombrants.
C’est sur une note d’optimisme que le Salon Laser World of Photonics (1 100 exposants venus du monde entier) de Munich a fermé les portes de sa 20e édition le 26 mai dernier. Avec une hausse de 8% du nombre de visiteurs (27 500 visiteurs) par rapport à l’édition 2009 et une diversification de l’origine de ces visiteurs (80 pays représentés), ce sont essentiellement le secteur médical, le secteur de la biophotonique, celui des énergies renouvelables et celui de l’électro mobilité qui tirent leur épingle du jeu. Mais, le secteur de l’industrie n’est pas en reste et affiche aujourd’hui une belle confiance en l’avenir. Le succès remporté par les nouveautés présentées à l’occasion de ce salon est la preuve de l’intérêt du secteur industriel pour les technologies laser.
Les applications du laser dans le secteur industriel sont nombreuses et le codage sur produits cosmétiques en plastique n’est pas la moindre d’entre elles.
Comme nous l’avons déjà évoqué dans la série « Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur le marquage laser », la nature de l'interaction lumière/matière est fonction, à la fois de la longueur d'onde et de la fréquence du faisceau laser mais aussi du matériau. Ainsi, concernant le marquage laser sur bois, la technique la plus souvent utilisée est celle du brûlage. Grâce à l’utilisation d’un laser à gaz CO2, le bois sera localement brûlé pour faire apparaître un logo, un numéro de lot, une date de fabrication, etc.
Parmi les nombreuses applications du laser dans le secteur industriel, le marquage sur prothèses, implants et autres outils chirurgicaux figure en bonne position. En effet, là où indélébilité et biocompatibilité revêtent une importance toute particulière, les lasers, ne nécessitant ni l’usage d’encre, ni celui de solvant et rendant possible le travail en environnement stérile, se présentent comme des outils parfaitement adaptés aux impératifs de ce type d’applications. Au nombre des avantages de l’utilisation d’un laser industriel, dans ce cas, comme dans d’autre, on peut de plus compter : la garantie de finesse, de précision, de rapidité d’exécution et de répétabilité.
La gravure laser consiste en un usinage, plus ou moins profond, selon le matériau et le rendu souhaité.
Pour les applications les plus simples et surtout, pour des lasers industriels présentant des puissances raisonnables, un système de refroidissement constitué de ventilateurs peut s’avérer suffisant. Les lasers à fibre utilisés pour des applications de marquage industriel sont typiquement de ceux dont on peut aisément contrôler la température. En effet, au cœur d’un laser à fibre, ce sont entre 70 et 80 % de l’énergie électrique fournie qui sont convertis en puissance laser. Un point positif pour ce qui est de la consommation électrique du système mais également pour ce qui concerne la faible part d’énergie perdue sous forme de chaleur. Ainsi, le peu de chaleur parasite produite peut facilement être évacué grâce à de simples ventilateurs. Mais, il n’en reste pas moins important d’entretenir ce système de refroidissement par un nettoyage régulier et bien sûr, de toujours veiller à son bon fonctionnement.
La lentille de focalisation est l’un des constituants critique d’un laser industriel. Elle a pour objectif de focaliser le faisceau laser sur le plan de marquage (de soudure ou de découpe). Une lentille sale peut ainsi être à l’origine d’une diminution de la qualité du marquage. Il est donc important de garder cette lentille propre en toute circonstance.
A l’occasion de la célébration du cinquantenaire de l’invention du laser, un ouvrage vient dresser un panorama des multiples applications de ce dispositif devenu incontournable. Rédigé par des spécialistes issus de l’industrie et de la recherche, il traite de l’introduction des lasers dans des secteurs aussi divers que la biophotonique, le traitement de surface, l’ingénierie quantique, la chirurgie ou le marquage industriel. « Le laser et ses applications » s’adresse particulièrement aux étudiants, ingénieurs et chercheurs qui souhaitent avoir une vue globale sur le laser et approfondir leurs connaissances sur ce composant et ses implications actuelles ou futures.
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