Marquage pièce 'à la volée'

Tout comme laisser une marque est important dans la vie, c'est aussi un élément essentiel dans de nombreux processus de fabrication de produits. Les marques de produits peuvent prendre plusieurs formes, notamment des logos, des codes QR et des numéros de série. Dans certaines industries, apposer une marque distinctive sur chaque pièce est vital à des fins de traçabilité.

Le problème, cependant, est que les techniques de marquage statique courantes ne conviennent pas aux processus de fabrication automatisés modernes axés sur la réduction du temps de cycle. Mais si leurs budgets le permettent, les usines ont une autre option : des systèmes de marquage laser entièrement automatisés conçus pour être intégrés dans les lignes de fabrication. Marquant "à la volée" au fur et à mesure que les pièces se déplacent le long de la ligne, ces systèmes peuvent faire leur travail sans ralentir la production.

Le marquage à la volée peut également être effectué avec de l'encre, mais les entreprises qui vendent des systèmes laser affirment que leur technologie est un meilleur choix. D'une part, ils soulignent que les lasers font des marques plus durables sur les pièces.

Les lasers laissent des marques indélébiles sur les pièces. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Trumpf

"Avec le laser, vous changez de matériau et obtenez une marque plus résistante aux rayures qu'avec un jet d'encre, où la marque est uniquement sur la surface et non dans la surface", a déclaré Albert Jung, spécialiste de la technologie de marquage chez Trumpf Inc. à Farmington, Connecticut. "Vous pouvez gratter une encre, mais une marque (au laser) doit être meulée sur une pièce en acier."

De plus, les entreprises de marquage au laser affirment que leurs systèmes sont plus fiables que leurs homologues à jet d'encre, dont les buses peuvent se boucher et rendre le marquage difficile.

Par conséquent, « ils ont continuellement besoin d'entretien », a déclaré Jérôme Landry, spécialiste des applications chez Laserax Inc. à Québec.

En revanche, il a déclaré qu'un système laser ne nécessite aucun entretien.

"Vous l'installez", a déclaré Landry, "et fondamentalement, vous avez quelque chose qui fonctionne sans problème."

Ensuite, il y a le contraste des consommables.

Les vendeurs de systèmes à base d'encre "font vraiment leur argent avec les consommables - l'encre, les solvants et les autres éléments utilisés dans ce processus", a déclaré Rick Jones, ingénieur principal du support chez Pryor Technology Inc. à Ashland, en Virginie. Mais dans les procédés de marquage laser, "les consommables sont quasiment nuls".

Le marquage laser est un processus entièrement automatisé qui permet de marquer une pièce en une fraction de seconde. Les systèmes de Trumpf utilisent un logiciel pour calculer la vitesse d'un tapis roulant transportant des pièces et l'aligner sur la vitesse des miroirs laser, qui sont déplacés par une paire de moteurs. Cela permet au système de marquer les pièces alors qu'elles se trouvent dans le champ de balayage du laser, a expliqué Jung.

Bien que les utilisateurs n'aient pas à payer pour l'encre et les autres consommables, le laser est un article coûteux. Landry a déclaré que le coût d'un système de marquage au laser à la volée varie d'environ 60 000 $ à 120 000 $, contre environ 10 000 $ à 30 000 $ pour un système d'encre. Il a ajouté, cependant, que les systèmes laser compensent finalement cette différence de coût grâce aux économies d'encre et d'autres consommables au fil du temps. Cela pourrait prendre un an dans les opérations de fabrication à grand volume, a-t-il dit, et "plus comme deux à trois ans" dans les contextes où la production est plus lente.

Considérations de production

Ralentir une ligne pour le marquage, c'est aussi ralentir la production.

Par conséquent, "lors de l'intégration d'un laser pour le marquage dans une cellule automatisée, vous voulez vous assurer que l'étape supplémentaire ne réduit pas les capacités de volume du processus", a déclaré Landry.

Une façon d'accélérer le marquage laser pour répondre aux exigences de production consiste à opter pour un laser de plus grande puissance.

"Jusqu'à un certain point, cela est évolutif", a déclaré Jung. "Donc, si votre marque prendrait une seconde avec un système de 10 W, vous pouvez passer à un système de 20 W et réduire le temps à une demi-seconde."

Ce système de marquage laser personnalisé à la volée a été conçu pour répondre aux exigences d'un processus de production particulier. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Pryor Technology

Jones a déclaré qu'un système de 20 W est "très standard" pour les applications de marquage industriel, bien qu'il pense que Pryor Technology a fourni une puissance laser pouvant atteindre 300 W aux clients.

L'inconvénient de l'augmentation de la puissance du laser, bien sûr, est que cela rend également le prix du laser encore plus élevé.

"Le coût augmente considérablement à mesure que vous augmentez la puissance pour atteindre votre temps de cycle cible", a déclaré Jones.

Pour ceux qui souhaitent un marquage plus rapide mais qui utilisent déjà la puissance laser la plus élevée disponible, d'autres options peuvent aider à aligner le processus de marquage sur les objectifs de production. Une alternative consiste à acheter un deuxième système de marquage laser. Jung a déclaré que les deux systèmes peuvent être déployés de différentes manières. Une approche consiste à utiliser les deux systèmes dans la même ligne, avec le premier laser que les composants rencontrent marquant toutes les autres pièces et avec le deuxième laser marquant les pièces restantes plus en aval. Ou les fabricants peuvent utiliser deux bandes transporteuses et un système de marquage laser avec chacune.

Une autre considération lorsque le temps est de l'essence est la marque elle-même.

Au fur et à mesure qu'une pièce se déplace dans la zone de marquage, a déclaré Jones, "vous disposez d'un temps limité pour la marquer efficacement, ce qui est déterminé par l'application. Certaines personnes disposent de 15 à 30 secondes, d'autres d'une demi-seconde. Lorsque vous n'avez qu'une demi-seconde, vous devez parfois faire des compromis sur la quantité de marquage. "

Cela signifie que les utilisateurs de systèmes de marquage à la volée pourraient devoir réduire la taille du logo ou des caractères individuels d'une marque et/ou réduire la quantité de contenu d'une marque. Ainsi, par exemple, au lieu de 12 caractères de 4 mm (0,16") de haut chacun, une marque peut devoir être réduite à cinq caractères de 3 mm (0,12") de haut chacun pour répondre aux exigences de l'application. Ou au lieu d'une marque noire audacieuse, les fabricants soucieux du temps pourraient devoir opter pour une marque gris foncé.

Gérer les inconvénients

Ajuster le processus pour répondre aux exigences de l'application n'est pas le seul élément sur la liste des tâches pour les fabricants qui choisissent le marquage laser à la volée. Un autre aspect consiste à déterminer comment gérer le danger potentiel posé par le laser dans un environnement de production.

"Avec les lasers à fibre, l'un des défis uniques est que les yeux humains ne peuvent pas voir la lumière", a déclaré Jones. "Cela peut détacher votre rétine en une fraction du temps qu'il vous faut pour savoir que vous avez cligné des yeux - et vous êtes aveugle en permanence. Si souvent, vous devez protéger le système ou enfermer toute la pièce à l'abri des yeux humains."

Lorsqu'un système Laserax est installé, la zone de marquage est partiellement fermée pour s'assurer qu'elle est "Classe 1 en termes de sécurité laser", a déclaré Landry.

Cela signifie que la zone de la machine est sûre pour le personnel ne portant pas d'équipement de protection.

En plus d'être dangereux pour l'homme, le marquage laser peut avoir un impact inacceptable sur certaines pièces.

Les systèmes de marquage laser à fibre LXQ sont conçus pour une intégration rapide dans les lignes de production. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Laserax

En ce qui concerne l'effet du marquage laser sur la qualité des pièces, "il convient à la plupart des applications industrielles car il ne crée qu'une rugosité de surface d'environ 30 µm (0,001")", a déclaré Landry. "Si vous mettez votre doigt sur le marquage, vous sentirez qu'il est un peu rugueux. Mais il n'est pas creusé dans la matière et ne change vraiment rien à la structure."

Néanmoins, a-t-il déclaré, les systèmes de marquage à la volée de Laserax ne sont pas utilisés par les fabricants de produits médicaux en raison des exigences strictes de finition de surface de cette industrie.

Les fabricants de pièces à parois minces dans n'importe quelle industrie devraient avoir des préoccupations concernant le marquage au laser. Ces fabricants peuvent marquer à la volée, mais ils devront peut-être accepter une marque très différente de celle qu'ils placeraient sur des pièces plus solides.

"Si vous avez une pièce métallique mince et que vous voulez une marque très sombre, vous pouvez faire une gravure noire qui s'évaporera de 5 à 10 µm (0,0002" à 0,0004") sur cette partie, mais vous introduisez beaucoup de chaleur ", a déclaré Jung. "Si cela déforme la pièce, vous devez modifier le processus."

Par exemple, un fabricant pourrait passer à une gravure blanche délicate qui n'affecterait que les 2 µm supérieurs (0,00008") à 5 µm de la surface de la pièce.

"Vous introduisez maintenant moins de chaleur mais créez toujours une marque visible sur la pièce", a déclaré Jung.

Un rôle précieux

Bien qu'il soit le mieux adapté aux lignes de production à grande vitesse, le marquage laser à la volée peut jouer un rôle précieux dans de nombreux contextes de fabrication.

"Partout où le produit se déplace déjà de manière automatisée et que vous ne souhaitez pas le retirer de ce processus pour une opération supplémentaire, cela vous permet de faire le marquage en ligne", a déclaré Jones.

Ceci est crucial car marquer le temps peut faire ou défaire certaines installations. Il a dit qu'une usine qui fabrique un composant de moteur à réaction par mois pourrait avoir tout le temps du monde pour marquer les produits.

Dans d'autres cas, cependant, si le temps de cycle "est supérieur d'un dixième de seconde à l'objectif, cela peut fermer une usine", a déclaré Jones. "Avec le marquage à la volée, vous pouvez n'avoir pratiquement aucun effet sur le temps de cycle dans le système."

William Leventon est rédacteur en chef du magazine Cutting Tool Engineering. Contactez-le par téléphone au 609-920-3335 ou par e-mail à [email protected].

Laserax inc.844-471-0144www.laserax.com

Technologie Pryor inc.804-496-6669 www.pryortechnology.com

Trumpf Inc.860-255-6000www.trumpf.com