Quelle lentille choisir ?

Dans le cadre de l'utilisation d'un laser de marquage, le choix de la bonne lentille est crucial pour le bon déroulement des opérations.

Cet article a pour but d'expliquer les notions générales concernant les lentilles F-Theta, utilisées dans le marquage laser. Pour plus d'informations, n'hésitez pas à nous contacter.

Principe général

Une lentille F-Theta a pour but de focaliser un faisceau laser sur une surface plane.

En effet, le faisceau produit par le tube n'est pas concentré. À sa sortie, il possède un diamètre de 4 à 5 mm, dépendant du tube et de la technologie utilisée. Ce diamètre le rend inapte à toute opération de découpe ou de marquage, la densité énergétique étant bien trop faible.

Le faisceau est ensuite orienté grâce à un jeu de miroirs. Ces miroirs sont mus par des actuateurs extrêmement précis, de manière à lui donner une orientation sur le plan X/Y.

Cependant, le faisceau maintenant dirigé n'est pas encore concentré. Il possède le même diamètre que celui à la sortie du tube. C'est ici qu'intervient la lentille F-Theta.

Le but de cette lentille est de traiter le faisceau orienté et de le concentrer par rapport à un référentiel. C'est le même principe que de brûler une feuille avec une loupe et la lumière du soleil.

La particularité des lentilles F-Theta réside dans leur capacité à garder le même référentiel sur une surface donnée perpendiculaire au faisceau entrant, peu importe la distance par rapport au point central.

Ainsi, le laser est concentré de la même manière sur toute la surface.

Détails techniques

Une lentille F-Theta possède deux caractéristiques principales.

Le type de matériau utilisé

Chaque type de laser a son type de lentille spécifique. Ceci est dû aux différentes longueurs d'ondes émises. En effet, chaque catégorie de longueur d'onde possède des caractéristiques différentes relatives à la réfraction, la réflexion et la transmittance.

Les longueurs d'ondes des lasers de gravure commerciaux variant de 335 nm à 1064 nm, il est primordial d'utiliser une lentille adaptée, taillée avec le bon matériau.

La longueur de focus

Probablement la donnée technique la plus importante. La longueur de focus est la distance nominale entre la lentille et le point de concentration maximale du laser. Cette donnée est directement liée à la surface de travail, étant donné que l'angle maximal du faisceau sortant de la lentille reste le même. Augmenter la distance signifie augmenter la surface de travail, la réciproque étant vraie dans l'autre sens.

Il est important de noter que la distance de focus est spécifique à la lentille et ne peut pas être modifiée sans procéder au remplacement de celle-ci.

Cette distance modifie également les caractéristiques du laser à son point de focus. La formule suivante décrit le diamètre minimal du laser à son point de focus :

d = 2fλ / D

Où d est le diamètre minimal du faisceau sortant, f la distance de focus de la lentille, λ la longueur d'onde du faisceau, et D le diamètre du faisceau entrant.

On extrapole que l'augmentation de la distance focale f augmente le diamètre minimal du faisceau de manière linéaire. Cette augmentation de diamètre a plusieurs conséquences :

• concentration d'énergie inférieure : la puissance nécessaire augmente avec la distance focale ;
• résultat moins précis : dans le cas de gravures fines, une distance focale inadaptée peut produire un résultat flou ou dégradé ;
• dans le cas des découpes fines, l'augmentation de la puissance et du diamètre du faisceau peut dégrader les résultats. Au lieu de vaporiser le substrat, le laser carbonise ou fond le matériau.

Conclusions

Chaque application possède sa lentille optimale. Voici les recommandations générales :

• gravure fine et précise, QR codes, marquages fins sur métaux, découpes précises : ≈ 150 mm ;
• gravure générale, marquage de pièces plastiques d'aspect, découpe de matériaux non métalliques : ≈ 250 mm ;
• gravure à précision moindre, traitement de pièces volumineuses (ex. panneaux de contrôle) : ≈ 330 mm.

Petite précision : dans le cas d'un laser de gravure UV, le diamètre minimum du faisceau est plus petit, de l'ordre de 70 %, en raison d'une longueur d'onde plus faible. Ce type de laser peut être une solution intéressante si vous souhaitez combiner une grande surface de traitement et une bonne précision.

Si d'autres questions subsistent, ou que vous n'êtes pas sûr concernant le bon choix de lentille, notre équipe se fera un plaisir de vous guider. Contactez-nous !