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Dans le domaine du traitement au laser, Etching et gravure sont deux technologies principales qui sont souvent utilisées pour le traitement de surface des matériaux tels que les métaux, les verrerie et les plastiques. Bien que les deux dépendent de l'énergie élevée du faisceau laser pour atteindre la modification du matériau, il existe des différences significatives dans leurs principes de travail, leur profondeur de traitement, leurs effets de surface et leurs scénarios d'application. Cet article analysera systématiquement les différences de base entre les deux des dimensions des principes techniques, des caractéristiques de traitement, de l'adaptabilité des matériaux et des applications typiques.

Qu'est-ce que la gravure laser?

La gravure laser est une technologie de traitement de surface qui utilise un faisceau laser à haute énergie pour chauffer localement la surface d'un matériau pour le modifier physiquement ou chimiquement, formant ainsi une marque, un motif ou une texture permanente. Son principe central consiste à fondre, à oxyder, à changer de phase ou à changer la microstructure du matériau de surface par l'interaction entre le laser et le matériau, formant une différence de contraste visible à l'œil nu.

Quels sont les avantages et les inconvénients de la gravure au laser?

Analyse des avantages et des inconvénients de la gravure laser

Avantages

Haute précision et résolution au niveau du micron

La gravure du laser peut atteindre une précision de largeur de ligne de 10 ~ 50 μm , et peut marquer des codes micro QR ou des échelles de précision dans des scénarios tels que des packages de puces et des dispositifs médicaux, des dispositifs médicaux,

Maintenance de l'intégrité de la surface

Seule une modification peu profonde (oxydation en fusion) de <0,1 mm est provoquée, et les propriétés mécaniques du matériau de substrat sont presque non affectées, ce qui convient aux scénarios sensibles à la résistance structurelle, tels que les parties en alliage en aérospatiale.

Traitement sans contact

Aucun problème d'usure d'outils, un traitement sans déformation peut être obtenu pour les matériaux flexibles (tels que les circuits en silicone et en couches minces), et le taux de rendement peut atteindre plus de 99,5%.

Capacité de traitement à grande vitesse

lasers ultrafast avec une fréquence d'impulsion de 100 ~ 500 kHz peuvent effectuer un marquage à haut contraste sur en acier inoxydable Les surfaces à une vitesse de 2000 mm / s, et l'efficacité de production est significative impression.

Adaptabilité du matériau large

En ajustant la longueur d'onde (telle que le verre de traitement laser UV 355 nm) et les paramètres d'impulsion, les métaux, la céramique, les plastiques et même les matériaux biocompatibles (tels que le coup d'œil) peuvent être traités.

Inconvénients

Limitation de profondeur

La profondeur de gravure maximale est généralement ≤0,3 mm , qui ne peut pas répondre aux besoins de soulagement profond ou de rainures fonctionnelles (comme le traitement des groove de scellant).

Le contraste dépend des matériaux

Sur les matériaux non oxydants (comme l'or pur), le contraste de marquage peut être aussi faible que 15% parce que la couche d'oxyde de développement des couleurs ne peut pas être formée, et une pulvérisation supplémentaire des développeurs est nécessaire.

Risque de zone touchée par la chaleur (HAZ)

malgré le faible coup de chaleur, une déformation microscopique de 5 ~ 10 μm peut encore se produire lors du traitement des pièces à parois minces (telles que des feuilles en acier inoxydable de 0,2 mm d'épaisseur).

Défis des matériaux à haut réfléchis

Pour des métaux très réfléchissants tels que cuivre et aluminium , un système de mise au point dynamique du galvanomètre et un revêtement anti-réfléchissant sont nécessaires, ce qui augmente le coût de l'équipement de 30% ~ 50%.

Qu'est-ce que la gravure laser?

La gravure laser est une technologie de traitement sans contact basée sur la technologie CNC et l'énergie laser. Il utilise un faisceau laser à haute densité pour faire fondre ou vaporiser instantanément la surface d'un matériau, formant ainsi une marque permanente, un modèle ou une structure tridimensionnelle. Son principe de base est d'utiliser l'interaction entre le laser et le matériau pour obtenir un traitement profond en supprimant physiquement le matériau.

Quels sont les avantages et les inconvénients de la gravure laser?

Analyse de la Avantages et inconvénients de la gravure laser

Avantages

Contrôlabilité élevée de la profondeur

La gravure laser peut atteindre une profondeur de gravure de 0,1 ~ 8 mm (selon les matériaux et la puissance de la mise en œuvre), et peut traiter trois dimensions et des souchets et des rédacteurs de la mise en œuvre de trois dimension rainures), répondant aux exigences de profondeur de qualité industrielle.

Compatibilité des matériaux large

applicable aux métaux (acier, en titane), non-métaux (bois, acrylique, verre) et matériaux composites (plastiques renforcés en fibre de carbone), en particulier bon à traiter la gravure de texture des matériaux organiques (cuir, bois).

Efficacité de traitement élevée

En utilisant des lasers continus à haute puissance (tels que 100 ~ 500 W lasers CO₂), la vitesse de gravure peut atteindre 3000 mm / s, ce qui convient à la production de masse (comme la gravure de masse des signes).

Effet tactile significatif

La vaporisation des matériaux forme une dépression claire avec un toucher clair, qui convient aux scènes qui nécessitent une reconnaissance tactile telle que les logos en braille et les codes anti-contrefaçon.

Pas de consommables et de protection de l'environnement

Processus d'ablation physique pur, aucun liquide de déchets chimiques n'est généré, et il est conforme aux normes de protection de l'environnement ROHS.

Inconvénients

grande zone touchée par la chaleur (HAZ)

L'ablation à haute température entraînera une diffusion thermique, ce qui peut provoquer une déformation de 0,1 à 0,3 mm du substrat sur des matériaux de plaque mince (comme une plaque en aluminium de 0,5 mM).

Limitations du matériau

Les métaux hautement réfléchissants (comme le cuivre et l'or) nécessitent l'utilisation de lasers de fibres (1064 nm) avec du gaz auxiliaire (azote) pour supprimer la réflexion;

Certains plastiques (comme le PVC) sont susceptibles de libérer des gaz toxiques lorsqu'ils sont chauffés, et un système d'échappement spécial est nécessaire.

rugosité de surface élevée

La rugosité de la surface gravée est RA 1,5 ~ 12 μm (matériau métallique), et le polissage secondaire est nécessaire pour obtenir un effet miroir.

Coût de l'équipement et consommation d'énergie

Le coût d'achat d'un laser de haute puissance (comme un laser à fibre de 500 W) est de 2 à 3 fois celui d'un dispositif de gravure, et la consommation d'énergie est pouvant atteindre 10 à 20 kW / h.

risque de carbonisation des matériaux organiques

Les matériaux tels que le bois et le cuir sont facilement carbonisés en raison des températures élevées pendant la gravure, et les marques de sculch peuvent apparaître sur les bords (la profondeur de la carbonisation est d'environ 0,05 à 0,2 mm).

Quelle est la différence entre la gravure au laser et la gravure?

Ce qui suit est un tableau de comparaison des différences de base entre la gravure laser et la gravure du laser , couvrant les dimensions telles que le mécanisme physique, les paramètres de processus et les caractéristiques de l'application:

Résumé des différences clés

Mécanisme d'énergie:

• Gravure: L'énergie des photons détruit directement les liaisons chimiques (traitement du froid)
• Gravure: l'énergie thermique provoque la fusion / vaporisation des matériaux (traitement à chaud)

Réponse du matériau:

• Gravure: dépend des caractéristiques d'absorption de la lumière du matériau (comme les matériaux sensibles aux UV)
• Gravure: dépend de la conductivité thermique et du point de fusion du matériau

Logique de sélection de processus:

• Choisissez la gravure: Besoin de haute précision, marquage peu profond, matériaux sensibles à la chaleur (tels que les dispositifs biocompatibles)
• Choisissez la gravure: Besoin de toucher tridimensionnel, de traitement en profondeur, de matériaux non sensibles à la chaleur (tels que les numéros d'outils en acier)

Ce tableau peut être utilisé comme référence de sélection rapide. Dans les applications réelles, il est nécessaire de combiner l'analyse caractéristique spectrale du matériau et la simulation thermodynamique pour optimiser les paramètres.

Pourquoi la gravure préserve-t-elle mieux l'intégrité des matériaux?

Dans le domaine de la fabrication de précision, la maintenance de l'intégrité des matériaux détermine directement les performances et la durée de vie du produit. Par rapport aux processus de gravure traditionnels, la gravure au laser fonctionne bien dans le contrôle des dommages thermiques, l'optimisation de la distribution des contraintes et la rétention des performances de la fatigue. LS utilise la microscopie électronique à balayage (SEM) et les données de détection de diffraction des rayons X (XRD) pour analyser profondément son mécanisme microscopique.

1. Contrôle des nano-niveaux de la zone touchée par la chaleur (HAZ)

(1) Différences essentielles dans les modes d'action énergétique
① Processus de gravure:

En utilisant le mécanisme de travail au froid (décomposition photochimique), la profondeur de la zone touchée par la chaleur (HAZ) est ≤5 μm (conformément à la norme ISO 16700)

Données typiques: le HAZ de l'alliage d'aluminium après gravure n'est que de 3,2 μm (détection SEM, grossissement 5000 fois)

② Processus de gravure:

Seyant sur le mécanisme d'ablation thermique, la profondeur HAZ est ≥50 μm (la diffusion thermique entraîne un grossissement des grains)

304 La gravure en acier inoxydable HAZ atteint 78 μm (Observation métallographique, GB / T 13298 Standard)

2. Régulation scientifique de la distribution des stress résiduelles

(1) Effet d'inversion du type de contrainte de surface
① Surface gravée:

formant une couche de contrainte de compression (15-20 MPa), générée par une solidification rapide de la couche fondue

La contrainte de compression peut inhiber la propagation des fissures (mesure XRD, norme ASTM E915)

② Surface gravée :

produisant une contrainte de traction (180-220 MPa), provoquant une distorsion du réseau due à la contraction thermique

La contrainte de traction augmente la fragilité du matériau de 30% (reportez-vous au test JIS Z 2283)

(2) Comparaison du gradient de contrainte

3. Avantages significatifs dans la vie de la fatigue

(1) Expérience comparative de l'aviation alliage d'aluminium
① Groupe de gravure:

Taux de rétention de résistance à la fatigue de 95% (100% de référence du matériau d'origine, norme ASTM E466)

Cycle d'initiation des fissures étendu à 1,2 × 10 ^ 6 fois (test de flexion en rotation)

② Groupe de gravure:

La résistance à la fatigue a diminué à 80%

Les fissures sont apparues à l'avance à 5 × 10 ^ 5 fois (causées par la concentration de stress)

(2) Dispositif médical Test en acier inoxydable
Blade chirurgical de gravure: durée de vie cyclique ≥ 5000 fois (ISO 13485 Standard)

Équipement de gravure: la durée de vie réduite à 3800 fois (les bosses de surface provoquent une concentration de contrainte)

4. Suggestions de sélection de scénarios d'application

La gravure au laser est préférée:

• Parties structurelles aérospatiales : Marquage cutané de l'aile (Haz <5 μm pour assurer la force)
• Dispositifs médicaux implantables: Titanium Alloy Marquage des ongles osseux (stress compressif pour éviter la biocorrosion)
• Composants électroniques de précision: gravure d'antenne 5G (pour éviter l'atténuation du signal causée par les microfissures)

Utilisez la technologie de gravure avec prudence:

• Pièces à parois minces avec une épaisseur de paroi de ≤0,3 mm (risque de déformation thermique)
• Pièces de fatigue à cycle élevé (comme les lames du moteur)

La gravure au laser protège les propriétés intrinsèques des matériaux à l'échelle nanométrique à travers deux mécanismes de base: effets dominants non thermiques et génération de contraintes de compression. Ce processus est devenu une solution irremplaçable pour les champs de haute précision tels que l'aérospatiale et la biomédecine qui recherchent la fabrication de défauts zéro (ZDM). Le processus doit être optimisé en fonction de paramètres tels que l'épaisseur du matériau et l'environnement de service, combinés à l'analyse des contraintes par éléments finis (FEA).

Comment choisir entre la gravure et la gravure pour la traçabilité industrielle?

À l'ère de l'industrie 4.0, la traçabilité du cycle de vie des produits est devenue une exigence fondamentale pour la gestion de la qualité. En tant que technologies d'identification grand public, la gravure au laser et la gravure ont des différences significatives dans les applications de traçabilité. LS fournit des lignes directrices de sélection de processus axées sur les données basées sur des indicateurs clés tels que la précision du code QR , la tolérance environnementale et l'adaptabilité des lignes de production.

1. Précision du code QR et conformité standard

(1) Comparaison de la largeur de ligne et de la densité d'informations

Logique de sélection:

La gravure est obligatoire pour les micro-composants (<5 mm²) tels que les implants médicaux et les wafers semi-conducteurs

La gravure est applicable aux composants macro tels que le châssis automobile et les gros moules

2. Données de test de tolérance environnementale

(1) Comparaison de la résistance à la corrosion

Cas typiques:

Marine Engineering en acier inoxydable Fasteners : TECHING + STASSETRATION pour atteindre 10 ans de réception dans l'environnement maritime

Bloc du moteur automobile: gravure + étanchéité du glaçage en céramique, résistant à la corrosion à haute température de l'huile moteur

3. Compatibilité des matériaux et des lignes de production

(1) Analyse spectrale applicable des matériaux

2. Efficacité de la ligne de production et économie

Équipement de gravure:

Vitesse: 5000 mm / s (marquer un seul code QR ne prend que 0,2 seconde)

Consommation d'énergie: ≤3 kW / h (laser UV)

Équipement de gravure:

Vitesse: 800 mm / s (gravure avec une profondeur de 0,5 mm prend 1,5 seconde)

Consommation d'énergie: ≥10 kW / h (laser à fibres W 500 W)

4. Arbre de décision de sélection basé sur le scénario

(1) Conditions pour donner la priorité à la gravure du laser

① Exigences de traçabilité de haute précision:

Identification du code 2D des composants microélectroniques (package 0201)

UDI Identification des dispositifs uniques des instruments chirurgicaux (FDA 21 CFR Part 11)

② Service dans des environnements difficiles:

Équipement d'énergie nucléaire (résistance à l'oxydation du rayonnement)

Conteneurs en acier inoxydable de qualité alimentaire (contact direct avec les milieux acides et alcalins)

③ Matériaux sensibles à la chaleur:

Capteurs de film polymère (résistance à la température <80 ℃)

alliages de magnésium bioresorbables (température de traitement <100 ℃)

2. Conditions pour donner la priorité à la gravure laser

① Exigences de reconnaissance tactile profonde:

Identification du braille (profondeur ≥0,4 mm, EN ISO 17351)

Codage anti-alphabér des machines lourdes (vérification tactile requise)

② Production de masse à faible coût:

Gravure par lots de code VIN des automobiles (plus de 30 pièces par minute)

CODES BAR LOGISTIQUES pour les palettes en bois (pas besoin de les conserver pendant longtemps)

5. Solution d'innovation de processus hybride

Pour les scènes complexes, la gravure + le processus composite de gravure peut être utilisé:

Code de base de précision + bordure profonde:

Tout d'abord, utilisez la gravure pour générer un code de noyau de matrice de données 20 × 20 (largeur de ligne de 0,1 mm)

Utilisez ensuite la gravure pour ajouter une bordure protectrice de profondeur de 1 mm (pour éviter l'usure mécanique)

Traitement des matériaux multicouches:

Code de traçabilité invisible de gravure de surface (développement d'excitation ultraviolet)

Code clair de gravure profonde (reconnaissance visuelle quotidienne)

Résumé

le différence essentielle entre la gravure laser et la gravure dans la différence dans la réponse matérielle causée par le mécanisme énergétique. Lors du choix, vous devez considérer les trois principaux facteurs de permanence de Mark, d'intégrité du substrat et d'efficacité de production. À mesure que la technologie laser se développe vers des impulsions à haute puissance et ultra-short, l'application de fusion des deux processus deviendra la nouvelle norme pour la fabrication de précision. Il est recommandé que les utilisateurs aient la priorité aux postes de travail laser composites avec des capacités de traitement multimodales lors de la sélection de l'équipement.

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