Comment fonctionnent les machines de marquage laser 3D?

Le marquage laser 3D représente une avancée significative par rapport aux systèmes 2D traditionnels, permettant un marquage précis et à grande vitesse sur des surfaces courbes, irrégulières et à plusieurs niveaux, sans compromettre la mise au point ni la qualité. Contrairement au marquage 2D, qui est limité à un plan focal fixe, le système 3D ajuste dynamiquement son point focal en temps réel. Cette capacité est essentielle pour les applications dans des secteurs tels que l'automobile, l'électronique et les dispositifs médicaux, où les géométries de pièces sont complexes.

La différence fondamentale dans le fonctionnement d'un marqueur laser 3D réside dans sa capacité à contrôler la distance focale du faisceau laser, ce qui est généralement obtenu à l'aide d'un système de mise au point dynamique(souvent appelé scanner galvo à 3 axes ou système de pré-mise au point).

Un système de machine de marquage laser 3D se compose de plusieurs composants cruciaux :

1. Source laser : Génère le faisceau laser à haute énergie (par exemple, laser à fibre, UV ou CO2, selon le matériau).
2. Scanner galvanomètre (Galvo) : C'est la « tête de marquage ». Il contient deux miroirs à grande vitesse (axes X et Y) qui dirigent le faisceau laser sur le champ de travail, formant le motif souhaité.
3. Miroir de mise au point dynamique (axe Z) : C'est le composant qui permet la fonctionnalité 3D. Il s'agit d'un système de miroir ou de lentille supplémentaire qui peut se déplacer rapidement le long du trajet optique.
4. Système de contrôle et logiciel : Le « cerveau » de la machine. Il traite les données de conception CAO 3D, calcule les coordonnées X, Y et Z précises pour l'ensemble du trajet de marquage et contrôle le scanner galvo et le miroir de mise au point dynamique en parfaite synchronisation.
5. Lentille F-Thêta (en option/variable) : Dans un système 2D, la lentille F-thêta est la lentille de mise au point finale. Dans les systèmes 3D, sa fonction peut être intégrée ou remplacée par une configuration optique différente pour s'adapter à la mise au point dynamique et à une plus grande taille de champ.

Le processus de marquage 3D est une coordination sophistiquée du matériel et des logiciels :

1. Conception 3D et saisie de données : La marque souhaitée (logo, numéro de série, motif) est créée ou chargée dans le logiciel de marquage. Cette conception comprend les informations sur les axes X, Y et Z (profondeur/hauteur) de la surface cible.

2. Calcul logiciel : Le logiciel 3D spécialisé calcule la position du miroir de mise au point dynamique nécessaire pour que le faisceau laser frappe la surface au point focal idéal pour chaque point du fichier de marquage.

3. Réglage dynamique de la mise au point : Lorsque les miroirs galvanométriques X et Y balayent rapidement le laser sur la surface, le miroir de mise au point de l'axe Z se déplace constamment pour maintenir un point laser parfaitement focalisé.

4. Réaction de marquage : Le faisceau laser focalisé à haute énergie interagit avec le matériau, provoquant une marque permanente par des processus tels que la carbonisation (noircissement), le moussage (éclaircissement/soulèvement de la surface, courant sur les plastiques), la gravure (enlèvement de matière) ou le recuit (changement de couleur sur le métal).¹²

La capacité à contrôler le point de mise au point sur l'axe Z offre plusieurs avantages clés :

En substance, une machine de marquage laser 3D offre la flexibilité et la précision nécessaires pour marquer en permanence des produits de pratiquement n'importe quelle forme, ce qui est inestimable pour la fabrication moderne avec des conceptions de pièces de plus en plus complexes.