Marquage au laser dans l'extrusion des plastiques : potentiel d'économie de la fabrication en continu

Rien que pour les tuyaux d'égout, cela représente un poids traité de plus de sept millions de tonnes de PVC. La tendance est à la hausse. Presque tous les produits sont marqués au cours du processus. À l'heure de la numérisation et de la demande croissante de méthodes de production durables, le marquage à chaud et l'impression à l'encre à base de solvants sont des anachronismes.

Nous expliquons quels sont les potentiels d'économie offerts par la technologie laser pour le marquage des matières plastiques en général et du PVC en particulier.

Quel type de laser est utilisé ?

Pour le marquage au laser de produits extrudés, on distingue principalement deux types de sources de rayonnement, respectivement leurs longueurs d'onde fondamentales : En gros, on peut utiliser_{des lasers CO2} pour les gravures dans les matériaux organiques et des lasers à fibre pour les marquages par changement de couleur sur les plastiques et les métaux. La frontière n'est pas très nette. Alors que le Laser CO2 de 10,6 µm émet dans le domaine infrarouge, fait fondre les matières plastiques et les vaporise partiellement, le Laser à fibre d'une longueur d'onde de 1,06 µm produit dans le domaine du proche infrarouge(NIR) des effets thermiques tels que le moussage ou la carbonisation avec changement de couleur comme résultat.

Si de nombreuses matières plastiques des familles PP, PA et ABS réagissent déjà par un changement de couleur, l'ajout d'additifs correspondants peut renforcer ces effets, influencer la couleur et les sécuriser. En règle générale, les plastiques PP-homo et PETG ne peuvent être marqués au laser dans le proche infrarouge qu'avec des additifs d'une qualité suffisante. Le PVC occupe toutefois une position particulière dans ce domaine : il réagit également au_{rayonnement CO2} par des changements de couleur très contrastés.

La différence la plus évidente entre le marquage laser et les méthodes de marquage traditionnelles est le potentiel d'économie lié à l'absence de consommables et de coûts cachés associés en termes de planification des matériaux, d'approvisionnement, de stockage et de personnel.

De plus, les temps d'arrêt pour la maintenance et le nettoyage, avec les coûts de service qui en découlent, sont supprimés, comme c'est généralement le cas avec les technologies mécaniques ou d'application. L'unité de déviation et la source laser sont toutes deux conçues pour fonctionner plusieurs dizaines de milliers d'heures. Par conséquent, l'entretien des appareils de marquage laser se limite au nettoyage occasionnel de la lentille de focalisation ou du verre de protection - une intervention de quelques secondes si l'accès est facile.

Comme on utilise généralement un système d'aspiration avec la technique de filtrage correspondante, le remplacement des filtres doit encore être pris en compte dans le calcul pour être équitable. En raison du faible volume de matériau évaporé par marquage, les intervalles de remplacement sont longs, généralement de l'ordre de la semaine ou du mois.

Outre la réduction des coûts de production, le marquage laser présente d'autres avantages pour les clients en raison de ses caractéristiques. Il est indétectable, résistant à l'abrasion et aux solvants dans la limite de la résistance du plastique lui-même. C'est la propriété la plus remarquable qui permet de valoriser le produit final et de garantir ainsi de manière fiable la traçabilité depuis la mise sur le marché jusqu'au recyclage ainsi que la protection contre le plagiat. En outre, pour les produits destinés à l'artisanat de transformation, elle offre encore l'option d'intégrer des mesures de longueur très précises. La haute résolution graphique des systèmes laser permet en outre de transférer des logos complexes sur le produit avec une grande qualité.

Le marquage laser - que ce soit par Changement de couleur ou par gravure - n'est pas appliqué sur le profilé d'extrusion, mais dans celui-ci. Un traitement préalable et ultérieur de la surface de marquage n'est pas nécessaire. Le marquage au laser constitue donc un processus en une seule étape qui, d'un point de vue purement statistique, est moins sujet aux erreurs que les processus en plusieurs étapes avec pré- et post-traitement. L'utilisation du laser présente en outre l'avantage de ne pas nécessiter d'additifs et donc de ne pas avoir à les déplacer. Les marqueurs laser sont en outre insensibles à la charge électrostatique des profilés d'extrusion. Les marquages déformés en raison de champs électriques sont donc exclus.

On peut se demander pourquoi les marqueurs laser ne sont pas beaucoup plus fréquents dans les entreprises de production du monde entier. Outre les coûts d'acquisition plus élevés par rapport aux jets d'encre, cela est probablement dû au manque d'informations sur la sécurité des lasers.

La sécurité des lasers : un jeu d'enfant

La technologie laser industrielle est établie depuis près de 60 ans. Durant cette période, de vastes compétences ont été acquises tant par les constructeurs d'installations que par les organismes de contrôle compétents, et des directives et des normes claires ont été établies, selon lesquelles les installations sont réceptionnées. Il s'agit pour l'essentiel de la norme DIN EN ISO 13849-1 relative à la sécurité de fonctionnement générale des machines, qui intervient dès le développement du produit, et de la norme DIN EN 60825-1 et -4, qui se réfère à la sécurité en relation avec la technique laser.

Séquence : la zone entourant le processus laser doit être confinée afin d'éviter tout rayonnement diffusé en dehors de la chambre de traitement. Il n'est pas nécessaire de confiner l'ensemble de l'appareil, mais uniquement la zone de travail, avec une conception appropriée de l'alimentation et de l'évacuation du matériel, afin de répondre aux exigences de la classe laser 1.

Les fabricants établis proposent à cet effet, en plus de la solution de boîtier, l'aspiration appropriée avec technique de filtrage d'un seul tenant.

La technologie laser est-elle adaptée à mon processus ?

En principe, avant d'acquérir une solution de marquage, on procède à un échantillonnage correspondant. Si les échantillons répondent aux exigences du client en termes de qualité de surface, de contraste, de lisibilité et de vitesse de marquage, la situation d'installation est vérifiée. Des solutions pour une installation permanente dans une ligne de production sont alors possibles, tout comme des concepts mobiles pour différentes applications d'un encodeur.

En cas de modification de l'application, qu'il s'agisse d'un changement de produit ou d'un graphique modifié, l'utilisateur n'est pas lié à un nombre de lignes déterminé, il peut déterminer le paramétrage optimal rapidement et le plus souvent uniquement par des entrées dans le logiciel de commande, ce qui augmente la flexibilité sur la ligne.

Conclusion : un outil de production flexible, fiable et pratiquement sans entretien

Bien que la technologie laser industrielle existe maintenant depuis près de 60 ans, il existe encore des réticences dans le secteur. Celui qui s'ouvre à cette technologie obtient un outil de production flexible, fiable et pratiquement sans entretien. Les principaux avantages du marquage au laser sont l'indétectabilité des produits avec une flexibilité maximale en termes de design, le haut degré d'infalsifiabilité et tout cela en réduisant la logistique et les coûts des matériaux. Ainsi, la durabilité peut non seulement être vécue dans le processus de création du produit, mais aussi être mise en œuvre lors du recyclage et augmenter la propre compétitivité.

Auteur : Christian Dini, expert en laser chez REA Elektronik GmbH