1. Problème : Projections de scories
La machine de marquage laser projette un faisceau laser sur la surface de divers matériaux pour y réaliser un marquage permanent. Ce procédé consiste à révéler le matériau en profondeur par évaporation de la couche superficielle, permettant ainsi de graver des motifs fins, des marques et des textes. Il existe principalement des machines de marquage laser CO2, semi-conducteur, à fibre et YAG. Le marquage laser est principalement utilisé dans des applications exigeant une grande finesse et une haute précision. On le retrouve dans les composants électroniques, les circuits intégrés (CI), l'électroménager, la téléphonie mobile, la quincaillerie, l'outillage, les instruments de précision, la lunetterie, l'horlogerie, la bijouterie, les pièces automobiles, les clés en plastique, les matériaux de construction et les tuyaux en PVC.
Cet article vous permet de comprendre rapidement le fonctionnement d'une machine de marquage laser à fibre MOPA.
1. Différence entre la modulation Q et la technologie MOPA dans les lasers à fibre
Les deux principaux types de lasers à fibre pulsés actuellement disponibles sur le marché pour les applications de marquage laser sont la technologie à modulation Q et la technologie MOPA. Cette dernière repose sur une structure laser composée d'un oscillateur laser couplé à un amplificateur. Dans l'industrie, le laser MOPA désigne un laser à fibre pulsé nanoseconde unique et plus « intelligent », constitué d'une source laser semi-conductrice pilotée par une impulsion électrique et d'un amplificateur à fibre. Son « intelligence » réside principalement dans la possibilité d'ajuster indépendamment la largeur d'impulsion de sortie (de 2 ns à 500 ns) et la fréquence de répétition, qui peut atteindre le mégahertz. La source laser à fibre à modulation Q est insérée dans un modulateur de pertes de cavité oscillante à fibre. La modulation périodique des pertes optiques dans la cavité résonante permet de produire une impulsion lumineuse nanoseconde d'une largeur spécifique. Ce problème souvent complexe sera brièvement analysé sous trois angles : la structure interne du laser, ses paramètres optiques de sortie et ses applications.
2. Structure interne du laser
La structure interne des lasers à fibre MOPA et des lasers à fibre à modulation Q diffère principalement par le mode de génération du signal d'amorçage. Ce signal est généré par l'impulsion électrique pilotant la puce laser semi-conductrice ; autrement dit, le signal lumineux de sortie est modulé par le signal électrique de pilotage, ce qui offre une grande flexibilité pour la génération de différents paramètres d'impulsion (largeur d'impulsion, fréquence de répétition, forme d'onde et puissance, etc.). Le signal optique d'amorçage pulsé du laser à fibre à modulation Q est généré en augmentant ou en diminuant périodiquement les pertes optiques dans la cavité résonante afin de produire une sortie optique pulsée. Ce type de laser est plus simple et plus économique. Cependant, les paramètres d'impulsion sont quelque peu limités par les dispositifs à modulation Q et d'autres facteurs.
Le principe de structure interne du laser à fibre MOPA et du laser à fibre à modulation Q est schématisé comme suit.
3. Paramètres optiques de sortie
La largeur d'impulsion de sortie du laser à fibre MOPA est réglable indépendamment. La largeur d'impulsion du laser à fibre MOPA possède une accordabilité arbitraire (plage de 2 ns à 500 ns).
Plus la largeur d'impulsion est étroite, plus la zone affectée par la chaleur est petite et plus la précision de traitement obtenue est élevée.
La largeur d'impulsion de sortie d'un laser à fibre à modulation Q n'est pas ajustable et se situe généralement entre 80 et 140 ns. Le laser à fibre MOPA, quant à lui, offre une plage de fréquences de répétition plus étendue. Il peut atteindre des fréquences de sortie élevées, de l'ordre du MHz. Une fréquence de répétition élevée garantit un rendement de traitement élevé, et le MOPA conserve une puissance de crête élevée même à haute fréquence. Les lasers à fibre à modulation Q sont limités par les conditions de fonctionnement du commutateur Q et leur plage de fréquences de sortie est étroite, atteignant seulement environ 100 kHz aux hautes fréquences.
4. Scénarios d'application
Le laser à fibre MOPA possède une large gamme de paramètres, ce qui lui permet, outre de couvrir les applications de traitement laser nanoseconde classiques, de tirer parti de sa largeur d'impulsion étroite unique, de sa fréquence de résonance élevée et de sa puissance de crête élevée pour réaliser des applications de traitement de précision uniques. Par exemple :
applications de décapage de surface de feuilles minces d'oxyde d'aluminium
Aujourd'hui, les produits électroniques plus fins et plus légers, tels que les téléphones portables, les tablettes et les ordinateurs, utilisent une fine couche d'oxyde d'aluminium comme boîtier. L'utilisation d'un laser Q-modulé pour le marquage des pistes conductrices sur cette fine plaque d'aluminium peut entraîner une déformation du matériau, notamment au niveau du dos convexe du boîtier, ce qui nuit directement à l'esthétique. En revanche, l'utilisation d'un laser MOPA, avec des paramètres de largeur d'impulsion plus courts, permet de réduire la déformation du matériau et d'obtenir une ligne de fond d'un blanc éclatant plus net. En effet, grâce à ces paramètres de faible largeur d'impulsion, le laser MOPA reste moins longtemps dans le matériau tout en conservant une énergie suffisante pour retirer la couche anodique. Par conséquent, pour le décapage de l'anode sur les fines surfaces d'oxyde d'aluminium, le laser MOPA constitue une meilleure option.
Application de noircissement de l'aluminium anodisé
L'utilisation du laser pour le marquage noir de logos, numéros de modèle, textes, etc. sur l'aluminium anodisé s'est progressivement généralisée ces deux dernières années chez Apple, Huawei, ZTE, Lenovo, Meizu et d'autres fabricants d'électronique. Cette technique permet de marquer en noir le boîtier de leurs produits. À l'heure actuelle, seul le laser MOPA est adapté à ce type d'application. Grâce à sa large plage de réglage de la largeur et de la fréquence d'impulsion, le laser MOPA permet, avec des paramètres de largeur d'impulsion étroite et de fréquence élevée, d'obtenir un marquage noir intense. Différentes combinaisons de paramètres permettent également d'obtenir des niveaux de gris variés.
Marquage laser couleur
Le marquage laser couleur est un procédé de marquage laser novateur. Actuellement, cette technologie est limitée au marquage laser MOPA sur acier inoxydable, chrome, titane et autres métaux, avec des motifs colorés. Sur acier inoxydable, le faisceau laser permet de modifier la couleur de la couche superficielle, offrant ainsi un effet décoratif multicolore. Pour l'industrie des produits en acier inoxydable, il est possible d'ajouter de la couleur aux motifs de marquage et de personnaliser divers textes. Ce procédé est simple et rapide à utiliser, respectueux de l'environnement et non polluant. Il accroît significativement la valeur ajoutée des produits en acier inoxydable et renforce leur compétitivité sur le marché.
En général, la largeur d'impulsion et la fréquence du laser à fibre MOPA sont réglables indépendamment, offrant une large plage de paramètres ajustables. Il permet ainsi un traitement fin et peu thermique, et excelle dans le marquage de plaques minces d'oxyde d'aluminium, d'aluminium anodisé noir, d'acier inoxydable coloré, etc., avec des résultats inaccessibles au laser à fibre Q. Ce dernier se caractérise par un marquage plus intense et présente certains avantages pour la gravure profonde des métaux, mais le résultat est moins net. Le tableau ci-dessous compare les principales caractéristiques des lasers à fibre pulsés MOPA et des lasers à fibre modulés Q pour les applications de marquage courantes. L'utilisateur peut ainsi choisir le laser le plus adapté à ses besoins spécifiques, aux matériaux à marquer et au résultat souhaité.
| Nom de l'application | Lasers à modulation Q | Lasers MOPA |
| décapage de surface de feuilles d'oxyde d'aluminium | Le substrat se déforme facilement, formant des sacs convexes et des fonds rugueux. | Faible largeur d'impulsion, faible résidu thermique, aucune déformation du substrat, motif de base blanc fin et brillant |
| Noircissement de l'aluminium anodisé | Seule une quantité limitée de dépoussiérage de qualité est possible | Grâce à un large éventail de paramètres, vous pouvez définir différentes nuances de gris et de noir. |
| gravure profonde sur métal | Puissant, adapté au creusement profond et aux contre-dépouilles grossières. | Faible profondeur de gravure, mais fin trait de soulignement, faible conicité, permet un traitement blanc brillant |
| couleur acier inoxydable | Il faut que ce soit flou, l'effet est plus difficile à ajuster | Peut jouer une variété de couleurs en ajustant la combinaison de la largeur d'impulsion et de la fréquence |
| Transformation de l'ABS et autres plastiques | Jaunissement facile, sensation de lourdeur, rapide | Aucune sensation au toucher, ne jaunit pas facilement, traitement fin |
| Décapage de la peinture des clés en plastique translucide | Plus difficile à enlever | Facile à retirer, bords nets et précis, meilleure transmission de la lumière, haute efficacité |
| Marquage des cartes PCB par code-barres, code 2D | Énergie d'impulsion unique élevée, mais la résine époxy est sensible à l'énergie laser | Utilisation d'une faible largeur d'impulsion, d'une fréquence moyenne, pour une meilleure lisibilité des codes-barres et des codes 2D, une résistance accrue à l'effacement et une lecture facilitée. |
5. Caractéristiques de performance de la machine de marquage laser MOPA
La machine de marquage laser MOPA appartient à la catégorie des machines de marquage laser. Elle utilise un laser à semi-conducteur à modulation électrique directe (MOPA) comme source d'amorçage. Contrairement aux lasers à fibre à modulation Q, la fréquence et la largeur d'impulsion du laser MOPA sont contrôlables indépendamment. Grâce à ces deux paramètres, et grâce à un système d'oscillateur à balayage haute vitesse, elle garantit une puissance de crête élevée et constante et permet le marquage d'une large gamme de substrats. Dotée d'un faisceau laser de haute qualité, d'un faible coût d'utilisation et d'une durée de vie sans maintenance de 100 000 heures, elle est idéale pour le marquage de l'oxyde d'aluminium noirci, de l'acier inoxydable 304, le décapage d'anodes et de revêtements, ainsi que pour les industries des semi-conducteurs et de l'électronique, du plastique et d'autres matériaux sensibles, et des tuyaux en PVC. Le marquage des motifs est respectueux de l'environnement et conforme à la norme RoHS.
Comparée aux machines de marquage laser classiques, la machine de marquage laser MOPA offre une largeur d'impulsion de 4 à 200 ns pour le laser M1 et de 2 à 200 ns pour le laser M6. La largeur d'impulsion des machines de marquage laser ordinaires est de 118 à 126 ns. On constate donc que la largeur d'impulsion de la machine de marquage laser MOPA est réglable sur une plage plus étendue, ce qui explique pourquoi certaines machines de marquage laser à fibre classiques ne parviennent pas à obtenir les résultats escomptés, contrairement à la machine de marquage laser MOPA.
Cependant, de nombreux clients achètent des machines de marquage laser MOPA en espérant une vitesse de traitement équivalente à celle des machines de marquage laser à fibre classiques, ce qui est manifestement différent. Les deux technologies sont distinctes. Pour la gravure d'effets de couleur, la machine doit marquer avec un minimum d'ombres à haute fréquence, ce qui permet une gravure haute résolution, mais au prix d'une vitesse de gravure nettement inférieure. De plus, pour la gravure en profondeur sur métal, la machine de marquage laser MOPA peut présenter des inconvénients, notamment au niveau de l'énergie d'impulsion. En revanche, la précision du marquage est supérieure à celle des machines de marquage laser classiques sur de grandes surfaces. Par conséquent, avant d'opter pour une machine de marquage laser MOPA, il est essentiel que les clients comprennent ses avantages et ses inconvénients.
La machine de marquage laser MOPA est adaptée au marquage fin de matériaux métalliques et non métalliques, tels que la gravure laser noire de pièces de produits numériques, les coques arrière de téléphones portables, les iPad, l'aluminium noir, les touches de téléphones portables, les touches en plastique translucide, les composants électroniques, les circuits intégrés (CI), les appareils électriques, les produits de communication, les articles sanitaires de salle de bain, les accessoires d'outillage, les outils de coupe, les lunettes et les horloges, les bijoux, les pièces automobiles, les bagages et les sacs, les ustensiles de cuisine, les produits en acier inoxydable et d'autres industries.
La société Maven Laser Automation se concentre sur l'industrie laser depuis 14 ans. Spécialisée dans le marquage laser, elle propose des machines de marquage laser à fibre, CO2 et UV, ainsi que des machines de soudage, de découpe et de nettoyage laser. Si nos machines vous intéressent, suivez-nous et n'hésitez pas à nous contacter.
Date de publication : 15 novembre 2022
