Plastiques aptes au marquage laser

Plastiques aptes au marquage laser

Points clés

• « Apte au marquage laser » signifie formulé pour réagir, et pas simplement exposé à un laser : la réponse est conçue dans le matériau.
• Les marquages sont permanents et à fort contraste, résistent à l'usure, à l'abrasion et aux produits chimiques, sans consommables.
• Le PC, l'ABS, le polyamide et le polypropylène sont les familles de référence aptes au marquage laser.
• La traçabilité stimule l'adoption dans les dispositifs médicaux, les pièces automobiles et l'électronique.

Plastiques aptes au marquage laser

Les plastiques aptes au marquage laser sont des polymères qui produisent un marquage permanent à fort contraste lorsqu'ils sont exposés à un faisceau laser, soit par leur propre chimie, soit, bien plus souvent, grâce à un additif sensible au laser incorporé à la résine. L'aptitude au marquage n'est pas une propriété fixe d'une famille de polymères. C'est une propriété d'une nuance précise, avec ses colorants, ses charges et son système d'additifs.

Cette distinction est la source de déception la plus fréquente dans les projets de marquage laser. « Le polypropylène se marque mal » est une généralisation utile, mais une nuance de polypropylène correctement formulée se marque extrêmement bien, alors qu'une nuance naturelle non chargée ne se marque presque pas.

Pourquoi la plupart des polymères résistent au marquage à 1064 nm

Le laser à fibre, outil de référence, émet dans le proche infrarouge à 1064 nm. Les squelettes polymères absorbent mal à cette longueur d'onde : l'énergie traverse en grande partie la matière au lieu de se déposer en surface. Quelque chose dans la formulation doit la capter. Ce quelque chose est généralement :

• du noir de carbone, ou un autre pigment foncé ;
• de la fibre de verre ou une charge minérale ;
• certains colorants, retardateurs de flamme ou stabilisants qui se trouvent absorber ; ou
• un additif de marquage laser spécialement conçu.

Aptitude relative au marquage par famille de polymères

Voies pour rendre une résine apte au marquage

• Incorporer un additif laser. La voie industrielle standard. L'oxyde d'étain dopé à l'antimoine, les composés à base de bismuth et les pigments de mica sont courants ; le taux d'incorporation est généralement assez faible pour ne pas perturber sensiblement les propriétés mécaniques ni la couleur de base. Voir les additifs intelligents qui améliorent le marquage laser des plastiques.
• Utiliser un mélange-maître sensible au laser. Pratiquement la même chimie, fournie pour la dilution à la machine de moulage ; voir mélange-maître de marquage laser.
• Changer de longueur d'onde. Une source UV à 355 nm marque photochimiquement de nombreux polymères sans aucun additif, à un coût plus élevé et à vitesse plus faible.
• Exploiter ce qui est déjà présent. Les nuances chargées de fibres de verre et pigmentées au noir de carbone se marquent souvent de façon acceptable sans aucune reformulation.

Qualifier un matériau

Comme l'aptitude au marquage relève de la nuance et non de la famille, la qualification doit toujours être menée sur le matériau de production réel, avec son taux de colorant réel et un taux de broyé réaliste. La couleur, le contraste et la lisibilité du code doivent être mesurés plutôt qu'évalués à l'œil, et la recette validée sur plusieurs lots de résine avant libération. Ces considérations sont exposées dans les paramètres de procédé influant sur la qualité de marquage.

Évaluer une résine candidate

L'aptitude au marquage relève de la nuance, non de la famille : l'évaluation est donc un exercice de mesure et non un jugement. Un protocole d'évaluation compact qui répond à la question commerciale en une seule séance :

• Moulez des plaques avec le matériau réel : taux de colorant de production, charge de production et taux de broyé que la ligne utilisera réellement. Les plaques naturelles du fournisseur avantagent presque toutes les nuances.
• Réalisez une matrice puissance-vitesse. Une grille de cinq niveaux de puissance contre cinq vitesses de marquage, chaque cellule étant une pastille identifiée sur une même plaque, cartographie toute la fenêtre de procédé sur une seule pièce et prend quelques minutes.
• Mesurez chaque cellule. Relevez L* à l'intérieur et à l'extérieur du marquage avec un spectrophotomètre. Lire une matrice à l'œil est exactement ce qui place une recette au bord de sa fenêtre plutôt qu'en son centre.
• Cherchez le plateau, pas le pic. La meilleure recette est le centre de la plus large zone de contraste acceptable, car c'est celle qui résiste à la variation entre lots. La cellule au contraste le plus élevé est souvent un bord de falaise.
• Contrôlez l'envers du marquage. Découpez un échantillon en coupe. Un fort contraste de surface obtenu par moussage ou par endommagement sous la surface peut compromettre une paroi mince.
• Répétez sur un second lot de résine avant de libérer la recette. La variation de dispersion du colorant d'un lot à l'autre déplace le contraste plus que la plupart ne le pensent.

Ce qui fait varier l'aptitude au marquage au sein d'une même nuance

Deux lots d'un même matériau nominal peuvent se marquer différemment. Voici les raisons habituelles, qu'il vaut la peine de vérifier avant de conclure que le matériau a changé :

Définir les critères d'acceptation

Une spécification d'aptitude au marquage qui dit que le marquage doit être lisible ne résistera ni à un audit client ni à un litige avec un fournisseur. Trois valeurs la rendent opposable :

• Une valeur de contraste minimale : un ΔL* déclaré entre le marquage et le substrat, mesuré avec un instrument et une ouverture définis et non évalué à l'œil.
• Une classe de code minimale lorsque le marquage est lu par machine, selon l'ISO/IEC 15415 pour les symboles bidimensionnels ou l'ISO/IEC 15416 pour les codes-barres linéaires, avec l'éclairage et l'ouverture indiqués en regard de la classe.
• Une condition de durabilité liée à l'environnement de service réel : le cycle d'abrasion, l'exposition aux solvants, la méthode de stérilisation ou le vieillissement climatique que la pièce rencontrera effectivement. Les affirmations de permanence jamais testées dans la condition réelle sont à l'origine de la plupart des réclamations sur le terrain.

Nommez les déclencheurs de requalification dans le même document : lot de résine, colorant, taux de broyé, changement d'outillage et intervention sur la source laser modifient tous le résultat.

Termes et lectures associés

• Additifs de marquage laser
• Notions de base de science des matériaux pour le marquage laser des plastiques
• Marquage laser des plastiques haute température
• Solutions de marquage laser des plastiques
• Passeport numérique de produit

Mise en application en production

The Sabreen Group apporte un soutien d'ingénierie indépendant pour l'évaluation de l'aptitude au marquage des résines et la formulation d'additifs laser. 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 qui rend un plastique « apte au marquage laser » ?

La formulation. Le matériau est conçu pour réagir précisément et efficacement au faisceau laser, ce qui permet des marquages permanents à fort contraste sans encre, sans étiquette et sans contact. La plupart des polymères de base ne le font pas bien par eux-mêmes.

Quels plastiques sont le plus couramment marqués au laser ?

Le polycarbonate pour sa transparence et sa stabilité ; l'ABS, très utilisé dans l'électronique grand public ; le polyamide ou nylon, durable et courant dans l'automobile ; et le polypropylène. Chacun réagit différemment, et les nuances d'une même famille peuvent varier.

Quelle est la durabilité d'un marquage laser ?

Il est permanent et résistant à l'usure, à l'abrasion et aux produits chimiques, car le contraste provient d'une modification du polymère lui-même et non d'une couche appliquée. Il n'y a ni encre qui s'efface ni adhésif qui cède.

Le marquage laser nécessite-t-il des consommables ?

Non. C'est une grande part de son intérêt : aucune encre, aucun solvant, aucune étiquette ni feuille n'est consommé, ce qui supprime entièrement de l'étape de marquage le coût de matière récurrent, le stockage, les déchets de changement de série et l'élimination.

Le même laser peut-il marquer tous les plastiques d'un produit ?

Rarement sans ajustement. Des polymères différents, et même des nuances différentes, absorbent différemment ; un assemblage multi-matériaux exige donc généralement des changements de paramètres par matériau, et parfois une autre longueur d'onde ou un additif pour les substrats difficiles.

Comment évaluer une résine pour le marquage sans longs essais ?

Moulez des plaques avec le matériau de production réel, puis marquez sur une même plaque une grille de cinq niveaux de puissance contre cinq vitesses et mesurez L* dans chaque cellule au spectrophotomètre. Cela cartographie toute la fenêtre de procédé sur une seule pièce. Choisissez le centre de la plus large zone acceptable plutôt que la cellule au contraste le plus élevé, car c'est le plateau qui résiste à la variation d'un lot à l'autre.

Pourquoi deux lots d'une même nuance se marquent-ils différemment ?

Généralement à cause de la dispersion du colorant, du taux de broyé ou des conditions de moulage plutôt que du polymère de base. La température de fusion et la vitesse de refroidissement modifient la cristallinité de surface et la brillance, ce qui change le contraste apparent même lorsque le marquage est identique. Si un marquage dérive alors que le certificat matière n'a pas changé, examinez le procédé de moulage avant d'ajuster le laser.

Que doit contenir une spécification de marquage laser ?

Une valeur de contraste minimale sous forme de delta L* déclaré avec l'instrument de mesure et l'ouverture définis ; une classe de code minimale selon l'ISO/IEC 15415 ou 15416 lorsque le marquage est lu par machine, avec l'éclairage indiqué ; et une condition de durabilité adaptée au service réel : l'exposition effective à l'abrasion, aux solvants, à la stérilisation ou au vieillissement climatique. Nommez aussi les déclencheurs de requalification : lot de résine, colorant, broyé, changement d'outillage et intervention sur le laser.

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