Colorimétrie du marquage laser

Colorimétrie du marquage laser

Points clés

• La couleur vient du matériau, non de l'encre : l'énergie laser déclenche une modification du polymère ou de ses additifs.
• Deux voies principales : le changement de couleur thermique, et le moussage ou la structuration de surface qui diffusent la lumière différemment.
• La longueur d'onde, les paramètres et la chimie des additifs déterminent ensemble les couleurs réalisables.
• Toutes les couleurs ne sont pas possibles, et certains matériaux ont un potentiel de changement de couleur limité sans additifs.

Colorimétrie du marquage laser

L'adaptation de couleur par laser consiste à concevoir ensemble une formulation de résine et un jeu de paramètres laser afin que le marquage obtenu atteigne une couleur et un contraste cibles spécifiés, de manière répétable et dans une tolérance définie. Elle est importante car la couleur d'un marquage laser ne se choisit pas sur la machine : elle résulte de l'interaction entre le polymère, ses colorants, son système d'additifs laser et le faisceau.

Deux faits gouvernent toute la discipline. Premièrement, les mêmes réglages laser sur deux nuances de résine différentes produisent deux couleurs de marquage différentes. Deuxièmement, la même résine marquée avec des réglages d'impulsion différents peut donner des marquages sombres, clairs ou intermédiaires. La couleur est donc le résultat d'une formulation et d'un procédé, et non un réglage machine.

Ce qui produit la couleur du marquage

Mesurer la couleur de manière objective

« À peu près pareil » n'est pas une spécification. La couleur du marquage se quantifie dans l'espace colorimétrique CIELAB à l'aide d'un spectrophotomètre, qui donne L* (luminosité), a* et b* (les axes de couleurs opposées). L'écart entre un marquage et sa cible s'exprime en ΔE, un nombre unique décrivant l'écart total de couleur.

• Un ΔE inférieur à environ 1 est généralement imperceptible à l'œil humain.
• Un ΔE de 1 à 2 n'est perceptible qu'en comparaison rapprochée.
• Un ΔE supérieur à environ 3 est nettement visible et sort généralement d'une tolérance commerciale.

Pour les codes lisibles par machine, la mesure pertinente n'est pas la couleur mais le contraste entre le marquage et le substrat, car les normes de vérification des codes-barres et Data Matrix évaluent la différence de réflectance. Un marquage peut atteindre sa cible de couleur et pourtant échouer à la classe du code si le contraste avec le substrat est insuffisant.

Sources de variation à maîtriser

• Lot de résine et fournisseur. La couleur du polymère de base varie d'un lot à l'autre et entraîne avec elle la couleur du marquage.
• Taux de colorant et de charge. Le dioxyde de titane, le noir de carbone et les pigments participent tous à la réaction de marquage, et pas seulement à la couleur de fond.
• Taux de broyé. La matière retraitée a un historique thermique différent et se marque souvent selon une autre teinte.
• Conditions de moulage. La température de fusion, la vitesse de refroidissement et l'état de surface modifient la cristallinité et la texture de surface, qui influent tous deux sur la couleur perçue.
• Dérive des paramètres laser et contamination des optiques. Une perte de puissance progressive éclaircit peu à peu les marquages ; c'est une cause fréquente de dérive de couleur lente et inexpliquée en production.

Une séquence de qualification praticable

• Figez d'abord la nuance de résine, le colorant et le système d'additifs : on ne peut pas tenir une couleur cible sur une formulation qui change.
• Réalisez une matrice de paramètres portant sur la puissance, la vitesse, la fréquence et la durée d'impulsion, en marquant un ensemble complet d'échantillons.
• Mesurez chaque cellule au spectrophotomètre et identifiez les réglages qui atteignent la cible avec la plus grande marge alentour, plutôt que la meilleure cellule isolée.
• Vérifiez sur plusieurs lots de résine, taux de broyé et conditions de moulage avant de libérer la recette.
• Mettez en place un contrôle en cours de production avec des étalons physiques conservés et une tolérance ΔE définie.

Choisir des réglages au centre d'une large zone acceptable plutôt qu'à un optimum étroit est ce qui permet à un procédé de colorimétrie de résister à la variation normale de production.

Ce qui est réalisable en pratique

La couleur par marquage laser est souvent survendue. Fixer les attentes avant le lancement d'un programme évite beaucoup de développement inutile, car la palette réalisable est étroite et dépend du matériau :

Pour un échange avec un client, la présentation honnête est que le marquage laser choisit dans une courte liste de couleurs que le matériau peut produire, alors que l'impression applique n'importe quelle couleur spécifiée. Lorsqu'une couleur de marque est contractuelle, prévoyez une décoration imprimée ou appliquée et réservez le laser au code.

Construire un plan de maîtrise de la couleur

Comme la couleur du marquage est générée et non appliquée, elle dérive avec tout ce qui se passe en amont. Un plan de maîtrise qui tient la couleur sur un programme de production doit traiter autant le matériau que le laser :

• Fixez la tolérance en ΔE, en nommant l'instrument. La géométrie, l'ouverture et l'illuminant modifient tous la mesure ; une tolérance sans méthode indiquée n'est donc pas opposable entre fournisseur et client.
• Conservez un étalon physique. Les valeurs dérivent et les instruments sont réétalonnés ; un échantillon marqué conservé dans des conditions de stockage maîtrisées tranche des litiges que les tableurs ne peuvent pas résoudre.
• Mesurez à un emplacement défini. La couleur varie avec la texture de surface, l'épaisseur de paroi et la proximité du point d'injection ; le point de mesure doit donc figurer sur le plan.
• Encadrez le matériau, pas seulement le procédé. Qualifiez aux extrêmes du taux de broyé autorisé et sur au moins deux lots de résine, car ceux-ci déplacent le résultat davantage que les réglages laser.
• Nommez les déclencheurs de requalification : lot de résine, fournisseur de colorant, taux de broyé, changement d'outillage, intervention sur le laser et remplacement d'optique.
• Suivez-la par carte de contrôle plutôt que par inspection. La dérive de couleur est graduelle ; le suivi de tendance d'une valeur mesurée la détecte quand elle est encore corrigeable, alors qu'une inspection conforme/non conforme ne la détecte qu'après le rejet de pièces.

Dépannage de la dérive de couleur

Termes et lectures associés

• Additifs de marquage laser
• Mélange-maître de marquage laser
• Additifs innovants pour un contraste supérieur et des détails de bord de trait précis
• Paramètres de procédé influant sur la qualité de marquage
• Tampographie

Mise en application en production

The Sabreen Group apporte un soutien d'ingénierie indépendant pour la colorimétrie du marquage laser, le développement de formulations et la qualification du contraste de marquage. Si vous spécifiez un procédé, qualifiez un matériau ou dépannez un problème de production, notre équipe de services d'ingénierie peut vous aider. Contactez-nous pour discuter de votre application.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que l'adaptation de couleur par laser ?

L'utilisation d'un traitement laser contrôlé pour créer des couleurs ou des contrastes de couleur précis et constants sur des matériaux, en particulier les polymères, les métaux et les composites, en exploitant l'interaction entre le faisceau et le matériau ou ses additifs, sans appliquer d'encre ni de colorant.

Comment un laser produit-il de la couleur sans encre ?

Deux mécanismes principaux. Le changement de couleur thermique chauffe le matériau ou ses additifs pour provoquer des modifications chimiques ou physiques qui produisent une couleur différente. Le moussage et la structuration de surface créent un micromoussage ou une texture contrôlés qui diffusent la lumière différemment, d'où un changement de couleur apparent.

Qu'est-ce qui détermine les couleurs réalisables ?

La longueur d'onde du laser, les paramètres précis de réglage et la formulation du matériau, y compris les additifs qui réagissent de manière prévisible à l'irradiation. Des longueurs d'onde différentes interagissent différemment avec un même matériau ; le laser et le compound doivent donc être développés ensemble.

La couleur obtenue par laser est-elle permanente ?

Oui. Comme la modification se produit dans le matériau lui-même, le résultat est permanent et résistant à l'abrasion, sans encre ni colorant susceptible de passer, de baver ou de s'user.

Qu'est-ce qui rend difficile une colorimétrie constante ?

Elle exige un étalonnage soigneux des paramètres laser comme de la formulation du matériau, et la constance peut être affectée par l'état de surface et les conditions ambiantes. Certains matériaux ont aussi un potentiel de changement de couleur limité sans incorporation d'additifs.

Un marquage laser peut-il être adapté à une couleur de marque précise ?

Rarement avec une tolérance serrée. La couleur est un sous-produit de la dégradation contrôlée du polymère, et non d'un pigment appliqué ; le matériau offre donc une courte liste de couleurs réalisables au lieu d'accepter une couleur imposée. Lorsqu'une couleur de marque est contractuelle, prévoyez une décoration imprimée ou appliquée et réservez le laser au code et aux données de traçabilité.

Pourquoi la couleur du marquage dérive-t-elle alors qu'aucun réglage laser n'a changé ?

Généralement à cause du matériau ou des optiques. La variation des lots de résine et de colorant, le taux de broyé et les conditions de moulage modifient tous le résultat, et la contamination des optiques réduit l'énergie délivrée assez progressivement pour que la face avant ne le montre jamais. Mesurez la puissance sur la pièce et vérifiez le certificat matière avant de modifier la recette.

Qu'est-ce qui rend une tolérance de couleur opposable entre fournisseur et client ?

Une valeur de delta E avec l'instrument de mesure, l'ouverture, la géométrie et l'illuminant nommés, un emplacement de mesure défini sur la pièce et un étalon physique conservé. Sans cela, deux parties mesurant la même pièce seront légitimement en désaccord. La couleur varie aussi sur une pièce avec la texture et l'épaisseur de paroi ; le point de mesure doit donc figurer sur le plan.

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