Comment les applications laser novatrices affectent la fabrication

Conditionné par la science et un soupçon de science-fiction, le laser a longtemps fasciné le public en raison de sa capacité presque magique de trancher, au moyen d’un simple faisceau de lumière, des objets aussi impressionnants que l’acier. Depuis que l’ennemi juré de James Bond, Goldfinger, a déployé un laser à des fins machiavéliques dans le film de 1964 du même nom, les scientifiques ont imaginé des applications industrielles de cette technologie.

Des machines de découpe et de soudure laser ont bientôt vu le jour dans les usines et constituaient, jusqu’à tout récemment, la majorité des applications industrielles. Par ailleurs, puisque les dispositifs laser sont de plus en plus petits et plus abordables, de nouvelles applications laser emballantes affectent la fabrication et les effets se font ressentir dans l’ensemble des chaînes logistiques.

Le déploiement du laser connaît une croissance constante pour l’impression de numéros d’identification uniques (UID) sur tout, qu’il s’agisse de bougies d’allumage ou de canettes de boisson, de valves cardiaques ou de sacs à main. Des fabricants de diverses industries demandent à leurs fournisseurs d’imprimer un UID sur les pièces de manière à pouvoir retracer facilement la pièce d’origine en cas de rappel. Les marqueurs laser sont devenus la méthode d’impression privilégiée en raison de leur permanence et de leur facilité d’application.

La Food and Drug Administration (FDA) exige que les instruments médicaux soient dotés d’identifiants uniques. Le laser est idéal pour marquer les instruments médicaux, particulièrement ceux qui sont réutilisables, puisque le marquage laser est difficile à falsifier et résiste au lavage et à la stérilisation. De plus, le marquage laser n’élimine pas les revêtements résistants à la corrosion, habituellement l’oxyde de chrome, des instruments en acier inoxydable. Le maintien de l’intégrité de la couche de passivation chimique est essentiel pour éviter que les germes s’introduisent dans le matériel externe.

Le commerce mondial de marchandises de contrefaçon est actuellement estimé à une somme colossale de 1,7 billion de dollars par année. D’un point de vue monétaire, la contrefaçon est l’entreprise criminelle la plus importante au monde. D’un point de vue humain, elle met des vies en danger lorsque des pièces falsifiées sont introduites dans les chaînes logistiques qui sont utilisées dans des industries importantes comme l’aéronautique, l’automobile et les instruments médicaux. Le marquage laser est devenu une arme puissante dans la lutte contre la contrefaçon de tous les types de produits en protégeant la propriété intellectuelle ainsi que le profit et les emplois.

Les fabricants d’équipement d’origine de pièces aéronautiques, automobiles et d’instruments médicaux ont commencé à marquer discrètement les pièces avec des UID comme des codes QR ou des codes à barres qui sont cachés ou si petits qu’ils sont invisibles à l’œil nu. Ce procédé permet non seulement de suivre les produits marqués à leur source, mais aussi de repérer les fournisseurs qui font le trafic de marchandises de contrefaçon, involontairement ou non.

Les composants de marquage laser peuvent également protéger les fabricants des fraudes de garantie. John Henderson, directeur régional des ventes pour le groupe Marquage et traitement laser chez Panasonic donne un exemple. « Nous avons réalisé un projet avec un fabricant important d’équipement agricole ayant certains problèmes avec des clients sans scrupules qui installaient de vieilles pièces sur de l’équipement neuf et réclamaient ensuite des pièces de remplacement en vertu de la garantie. Il a commencé à identifier au laser les pièces à l’aide d’un numéro unique que nul ne pouvait détecter et il peut désormais consulter une base de données et vérifier rapidement s’il s’agit d’une pièce d’origine de la machine en question. Une solution plutôt simple. »

Les marqueurs laser peuvent maintenant imprimer sur des objets en 3 dimensions pendant qu’ils avancent dans la chaîne d’assemblage. Les nouveaux dispositifs laser à fibre optique de Panasonic peuvent tourner de 2 pouces dans n’importe quelle direction et faire des impressions sur des objets courbés comme des conduites d’évacuation, éliminant ainsi les coûts associés à une manipulation supplémentaire ou au ralentissement de la chaîne.

Une grande variété d’industries ont commencé à utiliser la gravure laser afin de graver et de marquer leurs produits pour en protéger l’intégrité. Les vignobles impriment un numéro de fût unique sur leurs bouteilles afin d’éviter la fraude. Les sociétés pharmaceutiques marquent les capsules et les comprimés. Une ferme ostréicole française reconnue grave même ses huitres au laser afin de s’assurer que ses mollusques ne puissent pas être falsifiés.

L’industrie a adopté le marquage laser comme méthode d’impression privilégiée pour plusieurs raisons. Le marquage laser est permanent et offre un degré élevé de contraste et de précision. Le laser est très polyvalent; il peut marquer une grande variété de matériaux de dureté variable, qu’il s’agisse de matériaux souples comme le plastique, le papier, l’acrylique, le bois et les matières organiques, ou les matériaux durs comme l’acier, l’aluminium et la céramique.

Le laser est également de plus en plus accepté dans les usines en raison de sa taille physique et de son coût qui ont tous deux été réduits considérablement. « Il y a 20 ans, les dispositifs laser étaient de la taille d’un réfrigérateur », affirme M. Henderson de Panasonic. « Ils n’étaient donc pas attrayants pour les fabricants qui ont un coût associé à chaque pouce carré de l’usine. Aujourd’hui, ils ont la taille d’un petit four à micro-ondes. De plus, les marqueurs laser doivent à peine être entretenus, ce qui les rend encore plus rentables. »

Comparativement à d’autres méthodes d’impression, le marquage laser est écologique. Aucun matériel consommable n’est nécessaire et aucun déchet n’est produit. Les autres méthodes comme les étiquettes autocollantes, l’impression à jet d’encre et la gravure chimique exigent de l’encre et d’autres produits chimiques générant des déchets. Le marquage laser est fondamentalement une technologie propre. « Il est réellement alimenté par mère Nature seulement », mentionne M. Henderson.

L’impression 3D continue de transformer la façon dont les produits sont conçus, font l’objet de prototypes et sont finalement fabriqués; et la technologie laser est déployée de manière unique et créative afin d’améliorer le procédé additif 3D.

Le frittage sélectif par laser (FSL) aide à la superposition 3D en exposant un lit de poudre matérielle, du nylon par exemple, à un faisceau laser pour le fusionner en un objet solide. Le procédé est répété, couche après couche, jusqu’à ce que le produit ou le modèle soit terminé.

L’impression 3D à l’aide du FSL comporte de nombreux avantages. Il est non seulement rapide (le matériel n’est exposé que brièvement au laser), mais il ne requiert aucune structure de soutien puisque les espaces vides sont remplis de poudre superflue. Pour cette raison, il est possible de construire des structures plus complexes géométriquement. L’impression FSL est aussi exceptionnellement solide avec une force de traction et une dureté uniformes dans toutes les directions.

Panasonic est à l’avant-garde des technologies laser à fibre optique et au CO₂ et nous figurons parmi les rares entreprises ayant la capacité de marquer des articles en mouvement. Nous demeurons profondément engagés dans le laser et les autres technologies de rupture qui constituent la clé pour propulser l’industrie vers l’avenir et améliorer la qualité de vie de nos partenaires et de nos clients.