Verre et céramique

Les matières verre et céramique sont inorganiques et non métalliques. Elles partagent de nombreuses propriétés physiques dont la dureté, la rigidité et la fragilité. La différence principale entre ces deux types de matériau est que le verre est complètement amorphe tandis que les céramiques sont cristallines. Le type le plus courant de verre est le verre sodocalcique, qui est composé principalement de silice (grès), avec du carbonate de sodium (soude) ajouté et de l'oxyde de calcium (chaux). Les additifs soude et chaux facilitent le façonnage du verre à haute température pour former de la vaisselle, des fenêtres, etc. Il existe également des verres techniques qui possèdent différents additifs pour fournir certaines propriétés telles que la compatibilité ou la haute résistance à température élevée. Les céramiques sont formées en créant un mélange liquéfié épais d'oxydes cristallins, de nitrures ou de carbures. Le mélange est façonné dans la forme souhaitée puis cuit à haute température pour créer un composant céramique solide. Les premières céramiques étaient formées en cuisant de l'argile pour former des pots et des carreaux. Les céramiques modernes telles que l'alumine (oxyde d'aluminium) et le carbure de tungstène sont très élaborées pour fournir des propriétés telles que l'isolation électrique et la résistance à l'usure. Les méthodes les plus courantes de traitement au laser pour les matières verre et céramique sont le marquage et la gravure. Pour connaitre les fournisseurs de verre et de céramique, consultez notre Liste de fournisseurs de matières.

Types de matière verre et céramique

Céramique

Céramique d'alumine
Silicate d'aluminium
Poterie
Carreau de faïence
Carreau au laser
MACOR^™
Porcelaine
Carreau Satillo
Grès cérame
Carbure de tungstène
Zircone

Verre

Verre d'aluminosilicate

Verre Dragontrail
Verre Gorilla^®
Verre Xensation^®

Verre borosilicate

Pyrex^®

Cristal au plomb
Verre de quartz
Verre sodocalcique

Types de traitement au laser

Les lasers jouent un rôle croissant dans le traitement des matières, du développement des nouveaux produits à la fabrication de masse. Pour tous les traitements au laser, l'énergie d'un faisceau laser interagit avec une matière pour la transformer d'une certaine manière. Chaque transformation (ou traitement au laser) est contrôlée par un réglage précis de la longue d'onde, de la puissance, du cycle de fonctionnement et du taux de répétition du faisceau laser. Ces traitements au laser sont les suivants :

Toutes les matières possèdent des caractéristiques uniques qui régissent la manière dont le faisceau laser interagit avec la matière, et la modifie en conséquence. Les traitements les plus courants pour le verre et la céramique sont les suivants :

Gravure au laser du verre et de la céramique
L'énergie du faisceau laser CO₂ chauffe les matières verre et céramique localement, provoquant la formation de microfissures à la surface de la matière. Des passages répétés de traitement au laser provoquent l'agrandissement des fissures jusqu'à ce que de petits morceaux se détachent. Après plusieurs passages laser, une gravure au laser profonde et bien définie est créée à la surface de la matière. La profondeur normale de la gravure au laser des matières verre et céramique est de 300 à 375 microns (0,012 à 0,015"). Plusieurs passages sont utilisés pour la gravure des matières verre et céramique pour éviter une accumulation excessive de la chaleur, qui peut provoquer une fissuration de la matière. Après la gravure, la surface doit être nettoyée à l'aide d'une brosse rigide pour extraire les morceaux détachés de la matière.

Marquage par laser du verre et de la céramique
Pour le verre, l'énergie d'un faisceau laser CO₂ chauffe la surface localement, provoquant la formation de microfissures. Les fissures diffractent la lumière, créant ainsi un aspect dépoli brillant dans la zone marquée par le laser. Pour certaines céramiques, soit un laser CO₂, soit un laser à fibre permet de créer une marque visible sans extraire une quantité significative de matière. L'énergie laser noircit la céramique, créant ainsi une marque nette bien définie. Le marquage par laser permet également de communiquer des informations telles qu'un numéro de série ou un logo.

Traitements combinés
Les traitements de gravure et marquage au laser décrits ci-dessus peuvent être combinés sans devoir déplacer ni refixer le composant.

Considérations générales relatives aux systèmes laser pour le verre et la céramique

Taille de la plate-forme : celle-ci doit être suffisamment importante pour contenir les plus grands éléments en verre ou céramique qui seront traités au laser, ou doit être dotée de capacités de classe 4 pour traiter de plus grands éléments

Longueur d'onde : la longueur d'onde de 10,6 microns du laser CO₂ est recommandée pour la gravure au laser du verre et de la céramique et pour le marquage du verre, ainsi que pour marquer certaines céramiques telles que le Zircone. La longueur d'onde 1,06 micron du laser à fibre est recommandée pour marquer par laser certaines céramiques telles que le Silicate d'aluminium

Puissance laser : une puissance laser CO₂ d’au moins 40 watts est recommandée pour la gravure au laser du verre et de la céramique et pour le marquage du verre, ainsi que pour marquer certaines céramiques telles que le Zircone. Une puissance laser à fibre d’au moins 40 watts recommandée pour marquer par laser certaines céramiques telles que le Silicate d'aluminium

Lentille : une petite taille du point focal de la lentille (moins de 125 microns ou 0,005") est le meilleur choix pour la gravure au laser et le marquage au laser des matières verre et céramique

Extraction : doit posséder un débit suffisant pour extraire les gaz et particules générés à partir de l'équipement de gravure et marquage au laser du verre et de la céramique

Assistance d'air : produit un jet d'air à proximité du point focal du laser pour aider à extraire les morceaux de verre et de céramiques lors du traitement au laser.

Considérations en matière d'environnement, de santé et de sécurité pour le traitement par laser du verre et de la céramique

Les interactions entre laser et matière créent presque toujours des effluents gazeux et/ou des particules. Les sous-produits du traitement au laser doivent être acheminés vers un environnement extérieur. Autrement, l'extraction peut être traitée avec un système de filtration avant d’être dirigée vers un environnement extérieur. Tous les traitements au laser génèrent de la chaleur. Le traitement par laser du verre et de la céramique doit donc toujours être surveillé.