Assurez le succès du marquage laser après le traitement des pièces métalliques

Par Ajay Kumar, Chad Whitehead, Brittany Hooley | 13 août 2020

La plupart des dispositifs médicaux comportant des pièces métalliques subissent un usinage, un traitement thermique, un polissage électrolytique et/ou un grenaillage. Même s'il est exécuté correctement, chaque processus de production peut laisser des dépôts en surface. Ces dépôts s'additionnent et ne peuvent normalement pas être éliminés de la surface avec un simple nettoyage après traitement thermique. Des processus supplémentaires doivent souvent être utilisés, mais ces processus peuvent avoir un impact sur le marquage au laser. Garantir l'intégrité de la surface est essentiel pour le succès du marquage au laser.

Par exemple, pour une marque laser sur un acier martensitique tel que l'acier inoxydable 17-4 pour résister à la passivation nitrique, au trempage salin et à plusieurs cycles d'autoclave, la surface de marquage doit être propre et passive avant le marquage laser et doit être passive après le marquage. Il est important d'analyser la surface avant le marquage au laser pour les contaminants de surface, d'identifier la source des contaminants et de les éliminer.

Sources potentielles de contaminants :

Figure 1 : Sources globales de contaminants et leur impact sur la marque laser.

Les processus d'usinage peuvent laisser des dépôts d'huile d'usinage qui cuiront pendant le traitement thermique.

Figure 2 : Cette image ci-dessus montre les fluides de coupe qui peuvent rester sur la surface après l'usinage.

Figure 3 : Effets de laisser les fluides de coupe sur la surface.

Les images ci-dessus montrent les huiles d'usinage sur la surface post-usinage. Si ces huiles d'usinage ne sont pas éliminées immédiatement, elles cuiront pendant le traitement thermique.

Les pièces qui ne sont pas correctement électropolies auront des débris d'électropolissage et du fluide EP sur la surface. La pièce doit être nettoyée immédiatement après le polissage électrolytique.

Figure 4 : Post EP, solution EP laissée sur la pièce.

Figure 5 : Effet d'un polissage électrolytique inapproprié et d'un nettoyage inadéquat.

Si l'appareil n'est pas correctement traité thermiquement sous vide, il développera du tartre de traitement thermique. Le type d'échelle de traitement thermique dépend de la quantité de dépôts qui ont été déposés sur la surface à partir de processus antérieurs tels que l'usinage (huiles fluides de coupe). Une fois que le tartre de traitement thermique s'est développé, la méthode de nettoyage traditionnelle utilisant des ultrasons ne peut pas l'enlever. Cela interférera avec le processus de marquage au laser.

Figure 6 : Cette échelle de traitement thermique est construite sur la surface après que les débris EP et les fluides d'usinage sont laissés sur la surface.

Il est important de s'assurer qu'il ne reste aucun dépôt de polissage sur la surface avant le marquage au laser. Cela se produit si une pression excessive et/ou un grain incorrect est utilisé et/ou si la pièce est mal traitée thermiquement.

Figure 7 : Effet des débris de polissage laissés sur la surface. Les rayures indiquent le sens de déplacement de la pâte à polir.

Une surface correctement traitée n'aura pas de restes de pâte à polir, de fluides de coupe, de fluide de polissage électrolytique et/ou de débris.

Figure 8 : Si la surface est correctement traitée avant le marquage au laser, elle aura une topographie dépourvue de marques de brûlure d'électropolissage, de dépôts de fluide d'électropolissage, de support de polissage intégré et/ou de calamine provenant du traitement thermique.

Voici trois qualités à considérer :

1.Véritable couleur noire quel que soit l'angle de vue.La marque laser sera de couleur noire quel que soit l'angle de vue.

Figure 9 : Une épaisseur de couche d'oxyde inadéquate entraînera un changement de couleur de la marque laser.

Figure 10 : Véritable marque laser noire.

2.La marque laser doit pouvoir résister à la passivation.La marque au laser ne doit pas laver après la passivation nitrique.

Figure 11 : Analyse comparative entre les marques laser. La marque laser à gauche reste la vraie passivation noire post nitrique IV. Les quatre marques sur la droite montrent que la marque laser a été partiellement supprimée par passivation à divers degrés.

3.Sans corrosion. Après les cycles d'autoclave, la marque laser doit être évaluée à un niveau de 10 à 50 µm pour la corrosion. La pièce ne doit présenter aucun signe de corrosion et doit présenter une démarcation nette entre la marque laser et le métal de base.

Figure 12 : Les marques laser ne montrent aucun signe d'effet de chaleur.

Figure 13 : Effet du niveau de fluence sur les effets de la chaleur autour de la marque laser.

En conclusion, afin de créer une véritable marque laser noire sans corrosion sur un acier martensitique tel que l'acier inoxydable 17-4 qui peut résister à la passivation nitrique, au trempage salin et aux autoclaves répétés, il est non seulement nécessaire de développer des paramètres de processus laser, mais il faut également aborder la question de l'intégrité de la surface (propreté de la surface et passivité de la surface) avant le marquage au laser. Cela ne peut être réalisé que par des organisations d'ingénierie qui disposent de tous les processus d'ingénierie de surface tels que la passivation, le nettoyage, le polissage, le grenaillage, le marquage au laser et les capacités d'analyse de surface sous un même toit, car le processus de marquage au laser dépend de l'intégrité de la surface avant le marquage au laser et de la passivité de la surface après le marquage au laser.

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