Traitement du fluoropolymère Teflon® avec la technologie DLMP®

Diverses pièces en Teflon® adaptées à la découpe, au marquage et à la gravure au laser

Noms associés :

Fluon®, Teflon®

Noms chimiques :

PTFE, poly(tétrafluoroéthylène), poly(difluorométhylene), poly(tétrafluoréthène), poly(1,1,2,2-tétrafluoroéthylène)

Fabricants :

AGC Chemicals DuPont™

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est généralement connu sous le nom de marque Téflon®. Ce fluoropolymère de synthèse est principalement connu pour ses propriétés anti-adhésives, hydrophobes et de résistance aux produits chimiques et aux températures. Grâce à ses propriétés exceptionnelles, Teflon® est adapté aux environnements les plus exigeants dans les applications commerciales, industrielles et de l’aérospatiale. La liaison carbone-fluor qui domine la structure moléculaire rend le téflon résistant à la plupart des produits chimiques agressifs, y compris l’acide hydrofluorique. Le téflon présente également une très grande résistance diélectrique, une température de fusion élevée (327 °C) et une flexibilité à basse température (jusqu’à -79 °C). Le téflon est disponible dans de nombreuses formes et couleurs. On le trouve le plus souvent sous forme de feuilles, de tubes et de tiges. Les couleurs les plus courantes sont le blanc et le noir. Le téflon est généralement pur chimiquement, ce qui signifie qu’aucun plastifiant ni substance de remplissage n’est ajouté.

Teflon® et technologie DLMP®

Les propriétés du téflon, telles que sa température de fusion élevée et l’absence de réticulation, le rendent hautement compatible avec la technologie de traitement digital des matériaux au laser (DLMP), qui utilise l'énergie laser pour modifier la forme ou l'apparence d’un matériau. Les effets de l’interaction de l'énergie laser avec le téflon sont l’ablation de matière et la modification de matière. Le téflon peut être découpé, gravé et marqué au laser. L'énergie laser permet l’ablation de matière pour découper, graver ou marquer la matière, ou elle peut modifier les propriétés de surface pour créer un marquage visible. Pour des informations plus détaillées, consultez notre Livre blanc Traitement des matières par laser.

Découpe au laser en forme de losange dans du Teflon® blancTeflon® noir marqué au laser en surface avec un code 2DTeflon® noir avec numéro de série marqué par laser en surfaceTeflon® blanc gravé au laser dans une forme de losange

Ablation de matière

L’ablation de matière est un procédé physique qui retire de la matière. Un système laser peut extraire entièrement la matière de la surface supérieure vers la surface inférieure (et le procédé peut alors être appelé «découpe au laser»), ou il peut extraire partiellement la matière depuis le haut de la matière en descendant à une profondeur spécifiée (et le procédé peut alors être appelé « marquage au laser »). Le téflon est un excellent absorbant de l’énergie laser CO2 (longueur d'onde = 10,6 µm). Lorsque le téflon absorbe de l’énergie laser, il convertit rapidement l'énergie optique en vibrations moléculaires (chaleur). Avec une chaleur suffisante, le téflon subit une « scission », où les liaisons entre des motifs récurrents sont cassées proprement, sans dégradation significative de l’unité de base. La matière sur le trajet direct du laser est retirée proprement sous forme de vapeur et d’une fine poudre de téflon. Pour ces raisons, les lasers CO2 sont couramment utilisés pour l’ablation du téflon au laser. La matière juste en dehors du point ou du trajet du laser conduit de la chaleur, mais pas assez pour réaliser une ablation complète. Cette zone affectée par la chaleur est souvent appelée ZAC. Dans le cas du téflon, pratiquement aucune ZAC n’est créée car le téflon présente une température de fusion élevée : les surfaces adjacentes peuvent supporter la chaleur conduite sans fondre ni bouillir. Les effets de la chaleur peuvent être minimisés en sélectionnant une poudre laser adaptée à une épaisseur de matière donnée.

Modification des propriétés de la matière

Comme indiqué, le téflon absorbe facilement l’énergie laser de 10,6 µm et présente des ablations propres. Toutefois, le laser CO2 n’est pas efficace pour créer du contraste. Les lasers à fibre qui fonctionnent à 1,06 µm ne sont pas non plus efficaces pour créer du contraste sur le téflon blanc pur. En effet, le téflon est souvent utilisé comme un diffuseur de lumière à cette longueur d’onde. Il existe toutefois une méthode pour produire du contraste sur le téflon noir. Le pigment de noir de carbone utilisé pour créer le téflon noir absorbe très bien l'énergie des lasers à fibre. Cette énergie est convertie en chaleur, qui est conduite par la matrice polymère. Lorsqu'il est bien contrôlé, le polymère commence à bouillir, ce qui accroît la surface. Les surfaces supplémentaires se réfractent, ce qui crée un marquage blanc cassé hautement contrasté sur le téflon noir. Ce procédé, parfois appelé blanchiment ou moussage, ne laisse aucun résidu, ni poudre, et les zones marquées conservent les propriétés du téflon.

Marquage au laser (surface)

Le téflon noir peut être marqué avec un laser à fibre pour porter des informations, telles que des nombres, du texte, des codes-barres et même des photographies. Le marquage est permanent et présente un fort contraste, ce qui en fait une alternative intéressante aux méthodes d’encrage. L’exemple représente un numéro de série marqué sur la surface de téflon noir.

Teflon® noir marqué au laser en surface avec un numéro de série

Traitements combinés

Il est possible d’appliquer plusieurs traitements au téflon sans déplacer ni réinstaller la matière. L’illustration démontre comment des traitements peuvent être combinés pour découper du téflon dans des feuilles, graver une forme de diamant dans la matière et marquer un numéro de série en surface. La gravure et le marquage sont toujours réalisés avant la découpe dans le cadre d’un traitement combiné.

Teflon® noir découpé au laser en forme de losange avec canal gravé et numéro de série marqué en surface

Considérations en matière d'environnement, de santé et de sécurité

Les interactions entre laser et matière créent presque toujours des effluents gazeux et/ou des particules. Le mécanisme de décomposition principal du téflon pendant les processus d’ablation laser est la scission : de petites particules de téflon sont retirées de la matière et se déposent sous la forme d’une poudre blanche fine. L’effluent en phase gazeuse est également présent et inclut du fluorure de carbonyle, du fluoroforme, de l’hexafluoropropylène et du tétrafluoropropylène. Ces gaz et particules doivent être acheminés vers un environnement extérieur, conformément aux réglementations gouvernementales. L'effluent peut également être traité par un système de filtration en premier lieu avant d'être acheminé vers un environnement extérieur. Certaines matières ont une propension à générer des sous-produits inflammables lors du traitement au laser. Le traitement au laser doit donc toujours être surveillé.