Brevet FR3066130A1 — publié le 20181116

Dispositif d'application d'une couche de matériau absorbant et ensemble de marquage laser comprenant un tel dispositif L'invention concerne un dispositif d'application d'une couche de matériau absorbant le rayon laser, ainsi qu'un ensemble de marquage laser comprenant une machine de marquage laser et au moins un tel dispositif d'application. Dans le domaine du marquage laser, la variété et les différentes compositions chimiques des matériaux sur lesquels sont susceptibles d'être apposés des marquages impliquent également une grande variété de longueurs d'ondes de faisceau laser utilisables. Certains matériaux peuvent également être difficilement marqués par certaines longueurs d'onde dans le visible, tels que le verre. Le verre peut être marqué de façon satisfaisante par un laser « CO2 », mais pas par un laser bleu, tandis que le métal est difficilement marqué par un laser « CO2 ». De ce fait, certains matériaux, dits non absorbants pour une certaines longueur d'onde, sont difficilement marqués par une machine utilisant une source de faisceau laser ayant une certaine longueur d'onde. A cet effet, il est connu d'apposer, sur un substrat en matériau non absorbant, une couche de matériau absorbant, c'est-à-dire dont les propriétés chimiques et physiques font que ce matériau absorbe le faisceau laser et qu'il s'échauffe, entrainant une modification de sa structure et le dépôt d'un marquage. Cela permet, sur un matériau non absorbant, d'obtenir un marquage. De tels dépôts de matériaux sont généralement effectués en pulvérisant, sur le matériau non absorbant, le matériau absorbant sous forme liquide, la plupart du temps au moyen d'un aérosol. L'usage d'aérosols implique plusieurs inconvénients. Le dépôt par aérosol implique la diffusion dans l'air d'une grande quantité de produits potentiellement nocifs pour la santé. Ces substances sont cancérogènes à cause des particules volatiles qu'elles contiennent et nécessitent donc l'utilisation avec des protections comme des gants, des masques, et dans un environnement fortement aéré. En outre, une telle utilisation implique une perte importante de matériau absorbant du fait que seule une faible partie du matériau absorbant appliqué est réellement traitée par le laser, le reste étant nettoyé. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouveau dispositif d'application de matériau absorbant, permettant de réduire significativement la quantité de matériau absorbant appliquée et la dangerosité du mode d'application pour les utilisateurs. 3066130 2 A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'application d'une couche de matériau absorbant les faisceaux laser sur un substrat en matériau n'absorbant pas les faisceaux laser. Ce dispositif comprend un contenant rempli d'un liquide, ce liquide comprenant au moins un solvant et le matériau absorbant en solution dans le solvant, ce 5 matériau étant adapté pour absorber un faisceau laser dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle donné. Ce dispositif comprend également un organe d'application du liquide en couche mince par contact sur le substrat dont le matériau n'absorbe pas les faisceaux laser dont la longueur d'onde est comprise dans l'intervalle donné. 10 Grâce à l'invention, l'application par contact sur le matériau non absorbant au moyen d'un dispositif incluant un réservoir de matériau absorbant permet de ne déposer que la stricte quantité nécessaire de matériau absorbant, sur une surface d'application aisément maitrisable, ce qui implique une importante économie de matériau absorbant, et des risques moindres d'intoxication au cours de l'application. 15 Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel dispositif d'application peut également incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - L'organe d'application est une pointe de feutre. - Le liquide comprend également au moins une substance favorisant l'oxydation 20 du matériau sur lequel est déposé le matériau absorbant. - Le liquide comprend également au moins une substance favorisant l'accroche du matériau absorbant sur le substrat. - Le matériau absorbant est formé au moins en partie par des pigments métalliques et/ou minéraux. 25 - Le matériau absorbant est formé au moins en partie par des billes de verre contenant un noyau formé de pigments métalliques et/ou minéraux et/ou d'absorbeurs d'énergie aptes à accélérer la fusion des billes de verre. L'invention concerne également un ensemble de marquage laser comprenant une machine de marquage laser munie d'une source de faisceau laser d'une longueur d'onde 30 donnée. Cet ensemble comprend également au moins un dispositif d'application tel que décrit précédemment, dont le matériau absorbant est adapté pour absorber un faisceau laser dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle englobant la longueur d'onde donnée de la source de faisceau laser de la machine de marquage laser. 3066130 3 Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel ensemble de marquage laser peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toute combinaison techniquement admissible : - L'ensemble comprend plusieurs dispositifs d'application dont les matériaux 5 absorbants sont de natures différentes. - Le ou les dispositifs d'application sont équipés d'organes élastiques exerçant une force d'application constante des organes d'application. - Le ou les dispositifs d'application sont intégrés à la machine de marquage laser et munis d'actionneurs de déplacement de ces dispositifs d'application, ces actionneurs 10 de déplacement étant contrôlés par une unité de contrôle de l'ensemble de marquage. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un dispositif d'application et d'un ensemble de marquage laser conformes à son principe, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'application conforme à l'invention et d'un substrat sur lequel est appliqué une couche de matériau absorbant ; - la figure 2 est une vue schématique du substrat et de la couche de matériau absorbant de la figure 1 au début du marquage par laser ; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, correspondant à un stade postérieur 20 du marquage laser ; - la figure 4 est une vue du substrat après marquage et nettoyage de la couche de matériau absorbant ; - la figure 5 est une vue en cours de marquage laser similaire à la figure 2, correspondant à une seconde configuration de marquage laser ; 25 - la figure 6 est une vue similaire à la figure 5, après marquage et nettoyage de la couche de matériau absorbant ; - la figure 7 est une vue en perspective d'une couche de matériau absorbant appliquée sous forme de lettre ; - la figure 8 est une vue en coupe d'une bille contenue dans le matériau absorbant 30 appliqué au moyen du dispositif d'application de la figure 1 ; - la figure 9 est une vue schématique d'un ensemble de marquage conforme à l'invention. La figure 1 représente un dispositif 2 d'application d'une couche de matériau absorbant 4 sur un substrat 6. Le substrat 6 peut être composé de matériaux tels que du verre, des céramiques, de la porcelaine, des métaux, des matières plastiques, etc. Le 3066130 4 matériau absorbant de la couche 4 a des propriétés lui permettant d'absorber les rayons laser et de s'échauffer, entrainant les modifications de la structure permettant le marquage permanent sur le substrat 6. Au contraire, le matériau du substrat 6 n'absorbe pas les rayons lasers, du fait de sa structure chimique et physique, ce qui implique que le 5 rayon laser le traverse sans provoquer d'échauffement et de modification de sa structure, ou bien le rayon laser est réfléchi par effet de miroir, et ce matériau ne peut donc être marqué au laser. Le dispositif d'application 2 comprend un contenant 20 rempli d'un liquide 22. Le liquide 22 comprend au moins un solvant et le matériau absorbant de la couche 4 en 10 solution dans le solvant. Le matériau absorbant de la couche 4 est adapté pour absorber un faisceau laser L, dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle donné, émis par une source 110. Il peut s'agir, à titre d'exemple, d'une source de type « CO2 », de longueur d'onde 10,6 lm ou bien « fibre », de longueur d'onde 1,06 11m, ou bien de tout autre type de 15 source connue, y compris de longueur d'onde dans le visible. Ce faisceau laser L dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle donné n'est pas absorbé par le matériau du substrat 6 ou n'a pas d'effet sur celui-ci. Le matériau absorbant est choisi de telle manière qu'il est capable d'absorber des longueurs d'onde de faisceau laser comprises dans un intervalle défini plus ou moins 1 11m, par exemple, de la valeur de longueur 20 d'onde de la source utilisée. Le dispositif d'application 2 comprend également un organe d'application 24 permettant d'appliquer le liquide en couche mince par contact sur le matériau du substrat 6. Par couche mince, on considère une couche d'une épaisseur de l'ordre de 10 à 100 11m, par exemple. 25 De préférence, l'organe d'application 24 peut être une pointe de feutre définissant une ligne, permettant de tracer les couches 4 de matériau absorbant sous la forme de bandes ayant une largeur prédéfinie. A titre d'exemple, la largeur de l'organe d'application 24 peut être comprise entre 0,5 millimètres et 20 centimètres, ou par exemple entre 1 et 25 millimètres. 30 Le dispositif 2 peut se présenter sous la forme d'un marqueur, ou bien d'un stylo, manipulable de façon aisée manuellement par un utilisateur, qui peut s'en servir de la même façon qu'il surligne une ligne de texte sur une feuille de papier. L'utilisateur peut donc déposer la couche 4 sur une surface parfaitement maîtrisée, sans dépôt excessif de matériau absorbant sur et autour de la forme qu'il souhaite inscrire 35 par marquage. En permettant d'appliquer exactement et uniquement la quantité de 3066130 5 substance en lien avec la forme à graver ou à marquer, l'invention permet de réaliser une importante économie. Le contact direct entre l'organe d'application 24 et le substrat 6 évite le gaspillage et la dispersion dans l'air de substances nocives. Enfin, le dispositif d'application 2 ayant son propre contenant 20, l'utilisateur n'a pas besoin d'effectuer des 5 transferts ou mélanges de produits avant son travail ce qui induit une grande facilité d'utilisation. Selon des aspects optionnels, le liquide 22 peut comprendre également au moins une substance favorisant l'oxydation du matériau du substrat 6 sur lequel est déposé le matériau absorbant 4. Le liquide 22 peut également comprendre au moins une substance 10 favorisant l'accroche du matériau absorbant 4 sur le matériau non absorbant du substrat 6. Le matériau absorbant 4 peut être formé au moins en partie par des pigments métalliques et/ou minéraux. Selon un premier exemple de formulation I, le liquide 22 peut contenir : (i) un agent de marquage à base d'oxyde métallique comme de l'oxyde de cobalt, de l'oxyde de 15 tungstène, de l'oxyde de molybdène, entre autres ; (ii) un liant polymère dérivé d'un composé acrylique, cellulosique, maléique, un polyamide, du polyvinyle butyrale ; et (iii) un solvant comme le toluène, le cyclohexanone, le xylène, des composés avec un groupement alcoolique, ou une combinaison de ces solvants. Selon un second exemple de formulation II, le liquide 22 peut être composé 20 entièrement ou partiellement des éléments de la formulation I avec des pigments monoazo. Selon un troisième exemple de formulation III, le liquide 22 peut inclure un mélange de frites de verre (oxyde métallique, silice, entre autres) d'un absorbeur d'énergie et de pigments (dioxyde de titane, entre autres). 25 D'autres formulations autres que celles mentionnées ci-dessus à titre d'exemple peuvent également être utilisées dans le cadre de l'invention. Le matériau absorbant 4 peut être formé au moins en partie par des billes de verre 8, représentées à la figure 8, et contenant un noyau 80 de pigments métalliques et/ou minéraux, et une enveloppe de verre 82, destinée à fondre sous l'effet de l'échauffement 30 provoqué par l'absorption du rayon laser par le noyau 80 et à générer ainsi une substance provoquant un lien de matière avec le matériau du substrat 6. Le noyau 80 peut également incorporer des absorbeurs d'énergie, tels que par exemple le dioxyde de titane, capables de capter l'énergie du faisceau laser et d'accélérer la fusion de l'enveloppe de verre 82. 3066130 6 Le dispositif d'application 2 peut être mise en oeuvre dans le cadre d'un ensemble de marquage laser 11, comprenant une machine de marquage laser munie de la source 110 de faisceau laser d'une longueur d'onde donnée, et comprenant au moins un dispositif d'application tel que décrit précédemment, dont le matériau absorbant est 5 adapté pour absorber un rayon laser dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle englobant la longueur d'onde donnée de la source de faisceau laser 110. Selon un aspect avantageux, l'ensemble de marquage laser 11 peut comprendre plusieurs dispositifs d'application 2A, 2B dont les matériaux absorbants sont de natures différentes. En d'autres termes, les pigments contenus dans ces matériaux absorbants 10 peuvent être de couleurs différentes, adaptés pour générer des marquages de couleurs ou d'aspect différente, ou ayant des propriétés d'accroche différentes et une influence différente sur les caractéristiques du matériau non absorbant du substrat 6. Selon un aspect avantageux, les dispositifs d'application 2A et 2B sont équipés d'organes élastiques, non représentés, exerçant une force d'application constante de 15 leurs organes d'application sur le substrat 6. Ces organes élastiques peuvent être, par exemple, des ressorts, des éléments en matériau élastique tels que des mousses, des pistons, des vérins, des dispositifs magnétiques, etc. Selon un aspect optionnel, l'ensemble de marquage 11 peut être constitué par la machine de marquage laser, dans laquelle le ou les dispositifs d'application 2A et 2B sont 20 alors intégrés. Les dispositifs d'application 2A et 2B sont munis chacun d'actionneurs de déplacement 113A et 113B. Ces actionneurs de déplacement 113A et 113B sont contrôlés de façon automatisée par une unité de contrôle 115 de la machine de marquage 11, afin de générer du déplacement selon différentes directions de l'espace de travail défini par la machine de marquage 11. L'ensemble de marquage 11 peut comprendre 25 plus de deux dispositifs d'application. Dans un ensemble de marquage laser 11 ainsi automatisé, les dispositifs d'application 2A et 2B peuvent être des marqueurs avec une extrémité, par exemple supérieure, reliée à un réservoir, non représenté, contenant la substance formant la couche 4, par exemple au moyen de tuyaux allant du réservoir vers l'extrémité supérieure 30 du marqueur. Les dispositifs d'application 2A et 2B peuvent être positionnés dans des compartiments capables d'évoluer selon des axes X, Y, et Z, non représentés, formant trois axes orthogonaux de l'espace, comme la source 110. Un palpeur non représenté, ou bien tout autre dispositif mécanique, optique ou autre apte à mesurer une distance permet d'estimer la distance, par exemple selon un axe vertical Z, séparant les dispositifs 35 d'application 2B et 2A de la surface du substrat 6. Cette distance permet aux dispositifs 3066130 7 d'application 2B et 2A d'appliquer une approche et une application de la couche 4 sur le substrat 6 de façon homogène et régulière. Les dispositifs d'application 2B et 2A sont positionnés dans des systèmes à ressort permettant d'amortir et d'avoir une application ferme de la couche 4 sur le substrat 6. 5 L'implantation des dispositifs d'application dans une machine de marquage laser permet d'utiliser les systèmes de ventilation non représentés équipant ces machines pour aspirer l'air dans la machine est faire sécher plus rapidement le matériau absorbant 4 déposé sur le substrat 6 avant marquage et ainsi réduire le temps de fonctionnement. Ainsi, des couches 4 de matériau absorbant de différentes natures peuvent être 10 appliquées de façon automatique sur le substrat 6 selon des trajets prédéterminés, par exemple sur la base de programmes hébergés par l'unité de contrôle 115. Les dispositifs d'application 2A et 2B sont alors présentés sous la forme de cartouches mobiles selon un principe connu des imprimantes couleur. Une première configuration de dépôt du matériau absorbant et de marquage laser 15 est représentée sur les figures 2 à 4. Sur la figure 2, la source laser 110 émet un faisceau laser L qui échauffe une partie 4' de la couche 4 de matériau absorbant. Le traitement par laser se poursuivant à la figure 3, cet échauffement provoque également l'absorption du faisceau laser L par une partie 6' du substrat 6, située sous la partie 4' suivant le trajet du faisceau laser L. Cet 20 échauffement de la partie 6' entraîne des modifications de structure et la création de liens de matière entre les parties 4' et 6', et par la suite la solidification et l'accroche de cette partie 4' sur le substrat 6. Dans une étape postérieure, le reliquat de matériau absorbant 4 est éliminé, par exemple par rinçage à l'eau, laissant la partie 4' de matériau absorbant solidifiée 25 accrochée au substrat 6 et formant un marquage. Une seconde configuration de dépôt du matériau absorbant et de marquage laser est représentée sur les figures 5 et 6. Sur la figure 5, le substrat 6 est recouvert par une couche d'un autre matériau non absorbant 7. Lors de la projection du faisceau laser L, l'échauffement de la partie 4' du 30 matériau absorbant 4 entraine l'absorption du faisceau laser L par une partie 7' du matériau 7, de sorte que cette partie 7' peut ensuite être retirée pour laisser apparaitre, par un vide 7", la surface du substrat 6 et obtenir un marquage en creux dont le fond présente une surface de nature différente des bords. Sur la figure 7 est représentée une lettre tracée à l'aide de matériau absorbant 4 35 sur le substrat 6. Le dispositif d'application 2 permet de tracer la couche 4 de matériau 3066130 8 absorbant par des bandes superposées au tracé théorique de la lettre à marquer, dont les contours 13 sont représentés en trait pointillés. Le dispositif d'application 2 permet ainsi une économie de matériau absorbant en traçant une couche de matériau absorbant au plus près des limites de la forme 13 à marquer, au lieu d'une large bande faisant toute la 5 hauteur de la lettre représentée. Une économie de matériau absorbant est donc réalisée. Les caractéristiques des modes de réalisation et variantes décrits ci-dessus peuvent être combinées pour former de nouveaux modes de réalisation de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif d'application (2) d'une couche (4) de matériau absorbant les faisceaux laser sur un substrat (6) en matériau n'absorbant pas les faisceaux laser, caractérisé en ce qu'il comprend un contenant (20) rempli d'un liquide (22), ce liquide (22) comprenant au moins un solvant et le matériau absorbant en solution dans le solvant, ce matériau étant adapté pour absorber un faisceau laser (L) dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle donné, et en ce que ce dispositif (2) comprend également un organe d'application (24) du liquide en couche mince par contact sur le substrat (6) dont le matériau n'absorbe pas les faisceaux laser dont la longueur d'onde est comprise dans l'intervalle donné. 2. Dispositif d'application selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe d'application (24) est une pointe de feutre. 3. Dispositif d'application selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide (22) comprend également au moins une substance favorisant l'oxydation du matériau sur lequel est déposé le matériau absorbant. 4. Dispositif d'application selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide (22) comprend également au moins une substance favorisant l'accroche du matériau absorbant sur le substrat (6). 5. Dispositif d'application selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau absorbant est formé au moins en partie par des pigments métalliques et/ou minéraux. 6. Dispositif d'application selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau absorbant est formé au moins en partie par des billes de verre (8) contenant un noyau (80) formé de pigments métalliques et/ou minéraux et/ou d'absorbeurs d'énergie aptes à accélérer la fusion des billes de verre (8). 7. Ensemble de marquage laser (11) comprenant une machine de marquage laser munie d'une source (110) de faisceau laser d'une longueur d'onde donnée, caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un dispositif d'application (2A, 2B) selon l'une des 3066130 10 revendications précédentes, dont le matériau absorbant est adapté pour absorber un faisceau laser dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle englobant la longueur d'onde donnée de la source (110) de faisceau laser de la machine de marquage laser. 5 8. Ensemble de marquage laser selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs d'application (2A, 2B) dont les matériaux absorbants sont de natures différentes. 10 9. Ensemble de marquage laser selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le ou les dispositifs d'application (2A, 2B) sont équipés d'organes élastiques exerçant une force d'application constante des organes d'application. 10. Ensemble de marquage laser selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé 15 en ce que le ou les dispositifs d'application (2A, 2B) sont intégrés à la machine de marquage laser et munis d'actionneurs de déplacement (113A, 113B) de ces dispositifs d'application (2A, 2B), ces actionneurs de déplacement (113A, 113B) étant contrôlés par une unité de contrôle (115) de l'ensemble de marquage (11). 20