[ca] El marcatge per làser és una part habitual de molts processos de fabricació en la indústria, amb gran importància en el sector dels béns de consum ràpid (en anglès, fast-moving consumer goos, FMCG), ja que respecta el medi ambient sense perdre productivitat. La velocitat de les línies de producció és un factor determinant en la capacitat de producció de moltes indústries, però la seva escalabilitat es podria veure obstaculitzada per alguns límits fonamentals de les actuals tecnologies de marcatge làser. En l'actualitat, la majoria dels equips de marcatge làser es basen en un únic feix làser amb el corresponent processament seqüencial, que culmina en un coll d'ampolla de rendiment que limita la velocitat de la línia de producció d'impressió a una barrera de facto de 8 m/s. En aquesta tesi, reviso les tecnologies més avançades, els seus factors limitants i analitzo com poden superar-les futurs sistemes. Proposo, implemento i valido diverses plataformes que superen aquestes barreres mitjançant l'ús d'una matriu de feixos làser originats per matrius linials de làsers semiconductors o matrius linials de díodes làser acoblats a fibra, per al seu ús industrial en aplicacions d'impressió d'alta velocitat i alta resolució (f-LDA) i de codificació de molt alta velocitat (HP f-LDA). En tots els casos, es controlen en temps real mitjançant l'ús d'una arquitectura de computació reconfigurable d'alt rendiment integrada basada en FPGAs. Com a alternativa a la generació i processament de múltiples feixos làser en paral·lel, també proposo projectar imatges formades per beamlets làser sobre superfícies. Aquestes imatges es generen mitjançant tecnologies SLM o DLP. Per fer-ho de forma eficaç, les imatges han de renderizarse correctament perquè coincideixin amb la resolució, l'escala de grisos i l'amplada d'impressió requerides; i el sistema de control ha de calcular aquesta informació juntament amb la posició desitjada de la imatge impresa i la velocitat del producte que s'ha d'imprimir o marcar, la qual pot adquirir-se a partir d'encoders i sensors industrials. A més, presento un nou mètode multi-feix per imprimir en paper i cartró sense tinta. El mètode es basa en la carbonització del paper mitjançant una combinació de làsers que treballen en diferents longituds d'ona. Es crea un sistema de prova de concepte, basat en la combinació de sistemes comercials existents, per demostrar la viabilitat del mètode. Els resultats mostren que no es generen residus i que la qualitat de la marca és superior en termes de contrast i resolució als mètodes coneguts anteriorment. Les solucions industrialitzades presentades en aquesta tesi, poden imprimir imatges des de 50 a més de 300 ppp de resolució en substrats d'impressió amb amplades que van des de 570 µm fins a 100 mm, a velocitats de línia de producció de fins a 16 m/s. L'anàlisi realitzat, suggereix que podrien aconseguir-se velocitats encara més ràpides invertint en feixos làser addicionals, el que donaria lloc a tota una gamma de noves aplicacions en la Indústria 4.0.

[en] Laser marking is a common part of many manufacturing processes in the industry, with great importance in the fast-moving consumer goods (FMCG) industry since respects the environment without losing productivity. The speed of production lines is a key determinant of the output capacity of many industries, but their scalability could be hindered by some fundamental limits of current laser marking technologies. Currently, most laser marking equipment is based on a single laser beam with the corresponding sequential processing that culminates in a performance bottleneck which limits printing production line speed to a de facto barrier of 8 m/s. In this thesis, I review state-of-the-art technologies, their limiting factors, and analyze how future systems can overcome them. I propose, implement and validate several platforms that overcome these barriers by using a matrix of laser beams from semiconductor laser arrays or fiber-coupled laser diode arrays, for its industrial use in high-speed printing and high-resolution printing (f-LDA) and very-high-speed coding (HP f-LDA) type of applications. In all cases, they are controlled in real-time by using an embedded high-performance computing reconfigurable architecture based on FPGAs. As an alternative to generating and processing multiple laser beams in parallel, I also propose to project images formed by laser beamlets onto surfaces. These images are generated using SLM or DLP technologies. To do this effectively, images must be rendered correctly to match the required resolution, grayscale, and print width; and the control system needs to calculate this information along with the desired position of the printed image and the speed of the product to be printed or marked, which can be acquired from industrial encoders and sensors. Additionally, I present a novel multi-beam method to print paper and cardboard without ink. The method is based on the carbonization of paper by a combination of lasers working on different wavelengths. A proof-of-concept system is created based on combining existing commercial systems to demonstrate the viability of the method. The results show that no debris is generated, and the quality of the mark is superior in terms of contrast and resolution to previously known methods. The industrialized solutions presented in this thesis can print images from 50 to more than 300 dpi resolution on printing substrates widths ranging from 570 µm up to 100 mm, at production line speeds of up to 16 m/s. The analysis performed suggests that even higher speeds could be achieved by investing in additional laser beams, leading to a full range of new applications in Industry 4.0.