Marquage des pièces en toute sécurité: indispensable pour l’industrie 4.0
Procédés et méthodes de marquage durable des pièces

De nos jours, la question n’est plus de savoir si les pièces fabriquées doivent être marquées, mais comment. Le «comment» dépend de la forme de marquage (alphanumérique, code à barres, QR Code, Data Matrix Code, etc.), ainsi que des différents procédés de marquage disponibles sur le marché.

Chez gravostar Technologies, ce sujet nous occupe au quotidien depuis plus de 25 ans. En 1995, nous avons commencé à mettre au point des outils sans copeaux pour le marquage individuel des pièces dans la machine à commande numérique. Ce domaine constitue aujourd’hui l’une de nos compétences clés absolues.
La description suivante illustre les avantages du marquage des pièces et explique pourquoi il est indispensable dans certains domaines. En outre, elle revient sur les différents niveaux d’exigence du marquage des pièces, ainsi que sur les différents procédés de marquage.

Informations générales

Pourquoi un marquage des pièces

Les raisons pour lesquelles des pièces sont marquées sont extrêmement variées. L’une des applications les plus répandues est certainement le marquage du numéro de pièce qui simplifie la gestion des stocks et l’identification claire des pièces.

Possibilités de marquage de base

Il convient de distinguer le marquage durable sous certaines conditions (manuel au feutre, au moyen d’une imprimante à jet d’encre, avec des étiquettes adhésives, etc.) du marquage indélébile de la pièce. Ce dernier ne peut alors être éliminé que par une action mécanique.

Les critères de sélection du procédé de marquage à utiliser, ainsi que les conditions de base correspondantes sont déterminés principalement par l’utilisation des pièces mais aussi par d’éventuelles prescriptions légales.

Il s’agit principalement des éléments suivants:

1. Profondeur minimale de marquage qui est par exemple exigée pour les pièces soumises à des contraintes abrasives élevées (par exemple, unités de forage pour l’extraction de pétrole, construction de tunnels, etc.), ou pour les pièces où le marquage doit rester lisible même en cas d’application ultérieure d’une couche de peinture.
2. Micro-percussion comme procédé de marquage prescrit pour les pièces relevant de la sécurité ou soumises à de fortes contraintes mécaniques (turbines, aéronautique, etc.). En effet, il s’agit là du seul procédé qui permette d’atteindre une certaine profondeur de marquage sans couper les fibres du matériau.

Informations contenues dans le marquage des pièces

À ce niveau, on peut distinguer deux types:

1. Marquage fixe où toutes les pièces reçoivent la même désignation
2. Marquage individuel des pièces, c’est-à-dire que chaque pièce reçoit un marquage différent

Dans le cas d’un marquage individuel, le niveau le plus bas concerne les marquages simples, tels que des points ou des traits, qui servent par exemple à identifier des positionnements ou des variantes d’exécution. Les marquages les plus répandus sont des lettres, des chiffres ou les combinaisons de lettres et de chiffres pour l’identification des pièces. Les données en temps réel (numérotation des séries, données de production actuelles, telles que le numéro de la machine, le temps de production, etc.) sont les plus nombreuses et peuvent être lues directement à partir de la commande de la machine ou du réseau interne.

Procédé de marquage des pièces

En ce qui concerne le marquage automatisé des pièces, on peut distinguer deux possibilités en matière de procédé:

1. Le marquage intégré au processus, où le marquage des pièces fait partie intégrante du processus d’enlèvement des copeaux. Autrement dit, chaque pièce fabriquée sort de la machine avec un marquage complet
2. Marquage des pièces en tant que processus en aval avec un dispositif de marquage séparé
   1. Manipulation automatisée des pièces (installation en chaîne pour la fabrication de grandes séries)
   2. Manipulation manuelle des pièces

Type de marquage

De nos jours, les marquages sont encore souvent principalement alphanumériques (chiffres et lettres), parfois accompagnés de logos ou de combinaisons correspondantes. Le marquage par code à barres, en particulier par QR Code ou Data Matrix Code, est pour sa part en pleine expansion.

Procédés de marquage possibles

Le tableau ci-dessous présente un aperçu des méthodes les plus courantes de marquage.
En ce qui concerne le marquage intégré au processus, il existe une différence essentielle par rapport à tous les autres procédés: le marquage est entièrement automatique, sans intervention manuelle. Autrement dit, le marquage de chaque pièce est terminé à la sortie de la machine d’enlèvement des copeaux et la pièce en question peut être directement usinée. Cela permet d’une part d’économiser sur les frais de personnel et, d’autre part, d’augmenter la sécurité du processus.

1. Marquage automatisé intégré au processus d’enlèvement de copeaux

Cette procédure convient tout particulièrement à la fabrication de pièces dans des machines à commande numérique. Dans ce contexte, le marquage des pièces fait partie intégrante du processus d’usinage. Comme tous les autres outils d’usinage, les outils de marquage nécessaires sont stockés dans le magasin d’outils et sont changés automatiquement par le changeur d’outils.

Avantages:

• Les pièces sortent de la machine toutes prêtes
  • Shorter cycle time, as a separate work step is omitted completely
• Possibilité de marquage détaillée en temps réel
  • Serial number (production sequence)
  • Identification spécifique de la pièce
  • Date et heure de fabrication, etc.
  • QR or data matrix code
• Gain de temps
  • Separate marking work step is omitted completely
  • Aucune manipulation supplémentaire des pièces nécessaire
• Économie de coûts
  • Les collaborateurs peuvent travailler plus efficacement
  • Simplification de l’utilisation de plusieurs machines, etc.
• Allègement de la charge de travail des collaborateurs
  • Réduction des nuisances sonores
  • Réduction du risque de blessures
• Sécurité optimale du processus
  • Le marquage fait partie du programme de fabrication
  • Aucune intervention manuelle (aucun marquage incorrect ou oublié)
• Réduction des frais logistiques
  • Plus besoin d’organisation une manipulation ou un transport de pièces supplémentaire
  • Aucun contrôle supplémentaire nécessaire pour vérifier si les pièces sont correctement marquées
• Gain d’espace
  • Aucune machine de marquage supplémentaire
  • Aucun poste de travail séparé nécessaire pour le marquage
  • Aucun stockage intermédiaire des pièces avant le marquage
• Investissement relativement faible:
  il suffit d’acheter des outils de marquage

Inconvénient:

• Le temps de fonctionnement de la machine par pièce de fabrication est prolongé par l’opération de marquage

Le marquage de pièces intégré au processus est possible grâce à différents procédés, décrits ci-après.

1.1 Gravure ou fraisage

La gravure, autrefois très répandue, n’est plus considérée désormais comme étant judicieuse pour le simple marquage de pièces, car le procédé nécessite pas mal de temps (outre les vitesses d’avance plutôt modestes, l’enfoncement dans le matériau doit notamment s’effectuer relativement lentement). En outre, des vitesses de broche très élevées (broches spéciales) sont nécessaires. Or, peu de machines d’enlèvement de copeaux en sont dotées.

Autre inconvénient de la gravure: l’usure du tranchant de l’outil fait apparaître de plus en plus de bavures sur le marquage, qui doivent être ensuite éliminées ou qui nuisent énormément à la qualité.
Il existe par ailleurs un risque de rupture de la pointe de l’outil, qui empêche alors tout marquage.

Conclusion:
La qualité des marquages gravés est très élevée. Ce procédé est par conséquent encore utilisé de nos jours dans la bijouterie ou la fabrication de montres haut de gamme.
Pour le simple marquage de pièces, la gravure est plutôt inadaptée car elle prend relativement longtemps et la sécurité du processus est limitée (bris de la fraise).

1.2 Micro-percussion

La micro-percussion a été mise au point vers la fin du siècle dernier et les premières machines de marquage fonctionnant selon ce principe sont apparues sur le marché dans les années 90. Il s’agit d’un procédé très rapide, pratiquement sans usure et surtout absolument sûr.

C’est sur la base de ce procédé que les outils de micro-percussion gravostar ont été mis au point et commercialisés vers la fin des années 90. La particularité de ces outils réside dans le fait qu’ils peuvent être utilisés sur n’importe quelle machine d’enlèvement des copeaux sans installation supplémentaire.

Principe du procédé
Le marquage est réalisé en frappant un point fin après l’autre dans la surface de marquage par une aiguille en carbure monobloc soumise à une vibration élevée (env. 300 Hz). Autrement dit, le compactage ou le refoulement du matériau n’est que ponctuel. Il est donc possible d’utiliser ce procédé pour marquer des pièces très fragiles et à parois fines. Contrairement à la gravure, aucune fibre de matériau n’est coupée et la pièce n’est pas fragilisée par le marquage.

La particularité de l’outil réside dans la génération de l’oscillation de l’aiguille (au moyen d’air comprimé ou de liquide de refroidissement). Grâce à cet entraînement, la vitesse de rotation de la broche n’a plus d’incidence.

Effet secondaire positif: la fonction de compensation d’écart intégrée qui peut atteindre plusieurs millimètres selon le type d’outil. Les marquages peuvent ainsi être apposés sur des surfaces irrégulières à une profondeur toujours constante et sans perte de qualité.

Conclusion:
En tant que procédé rapide, sans usure et sûr, le marquage par micro-percussion est idéal pour le marquage universel de pièces normales et soumises à de fortes contraintes dans les domaines de l’aéronautique, de l’automobile et de l’énergie.
Grâce à l’aiguille de marquage extrêmement dure (92 HRC), il est possible de marquer pratiquement tous les matériaux usinables, même les pièces trempées jusqu’à env. 62 HRC.
Il ne faut pas non plus oublier les possibilités de marquage de QR Codes ou de Data Matrix Codes, auxquels l’outil convient parfaitement. Il faut notamment veiller à ce que ces codes puissent être appliqués de manière absolument sûre, même sur des surfaces de marquage irrégulières (par exemple, arbres, surfaces brutes en fonte, etc.).

1.3 Marquage par rayage

Le marquage par rayage peut être considéré comme la version simplifiée de la micro-percussion. Contrairement à l’oscillation de l’aiguille qui se produit lors de la micro-percussion, l’aiguille de marquage est précontrainte par un ensemble de ressorts lors du marquage par rayure.

Le marquage s’effectue en enfonçant l’aiguille de marquage par rayage, précontrainte par ressort, dans la surface de la pièce lors du passage du contour de marquage. Selon le réglage de la précontrainte du ressort, la pointe arrondie de l’aiguille est alors parfois pressée contre la surface de la pièce avec une pression assez élevée.

Un contour de marquage en creux est ainsi obtenu par la combinaison d’une compression et d’un déplacement de matériau. Pour régler la profondeur de marquage, la précontrainte du ressort peut être ajustée en continu sur l’outil. Du fait de l’aiguille de marquage par rayage montée sur ressort, cet outil propose également une fonction de compensation automatique de l’écart, c’est-à-dire que les différences d’écart entre l’outil et la surface de marquage, ainsi que les irrégularités de la surface de la pièce sont compensées automatiquement.

Conclusion:
Un procédé de marquage simple, rapide et peu coûteux qui consiste à faire passer l’aiguille de marquage par rayage sur la surface de la pièce. Du fait des forces de cisaillement qui en résultent, il est toutefois possible qu’en plus de la compression du matériau, certaines particules de matériau soient également raclées.

L’aiguille de marquage par rayage est en carbure monobloc. D’une dureté de 92 HRC, elle est extrêmement résistante à l’usure, ce qui permet d’utiliser l’outil pour des tâches de marquage universelles sur la plupart des matériaux usinables.

1.4 Marquage par roulage

La structure et la fonction des outils de marquage par roulage sont identiques dans les grandes lignes à celles des outils de marquage par rayage décrits précédemment. La seule différence réside dans la pointe de l’aiguille de marquage.
Contrairement à la pointe d’aiguille fixe des outils de marquage par rayage, celle des outils de marquage par roulage est munie d’une petite bille rotative. Elle roule ainsi sur la surface de la pièce, si bien qu’aucune particule de matériau n’est enlevée.
En passant sur la pièce, on obtient un contour de marquage de très grande qualité visuelle, légèrement en creux. La profondeur de marquage souhaitée peut également être réglée en continu grâce à la pression de précontrainte de l’aiguille. Ce type d’outil est également doté de la fonction de compensation automatique de l’écart.

Conclusion:
Outil simple permettant d’apposer des marquages fins et de très haute qualité visuelle sans fragiliser le matériau.
Cependant, du fait de la finesse du logement de la petite bille rotative à la pointe de l’aiguille (diamètre de 1 mm), les aiguilles de marquage sont soumises à une usure beaucoup plus importante et doivent être remplacées régulièrement.

Dans le document suivant, vous pouvez télécharger un aperçu au format PDF des différents modèles d’outils.

2. Processus de marquage séparé en aval du processus d’enlèvement de copeaux

Avantages:

• Aucune influence sur le processus d’enlèvement de copeaux
• Possibilité d’utiliser n’importe quel procédé de marquage

Inconvénients:

• Manipulation supplémentaire des pièces nécessaire (manuelle ou automatisée)
• En cas de manipulation manuelle des pièces:
  • Frais de personnel plus importants
  • Augmentation des frais de logistique
  • Diminution de la sécurité du processus
  • Rallongement du temps de fabrication total
• Augmentation de l’investissement
  • Machine de marquage avec système de positionnement
  • Dispositifs de manipulation automatique éventuels
  • Dispositif de protection éventuel
• Encombrement supplémentaire

Pour le marquage des pièces en aval, dans le cadre d’un processus séparé, les procédés décrits ci-après sont tout indiqués.

2.1 Gravure, marquage par rayage

Pour le marquage individuel des pièces, la gravure a longtemps été la seule possibilité de marquage. De nos jours, la gravure ou le marquage par rayage à l’aide de machines à graver stationnaires est encore principalement utilisé dans la bijouterie et l’horlogerie.

L’inconvénient lié aux vitesses de rotation trop faibles de la broche de la machine disparaît avec les machines à graver fixes. Cependant, pour un marquage efficient des pièces, la gravure n’est plus adaptée de nos jours, même sur des machines fixes, du fait de l’existence de procédés plus efficaces.

Conclusion:
Sauf dans des contextes particuliers, notamment dans la bijouterie et l’horlogerie, les machines à graver ne sont désormais plus considérées comme un moyen de marquage efficient des pièces. Elles paraissent même dépassées.

2.2 Micro-percussion

Les machines fixes de micro-percussion ont hérité des machines de gravure en ce qui concerne le marquage efficient et individuel des pièces. La micro-percussion est un procédé extrêmement rapide, pratiquement sans usure et extrêmement sûr.

Du fait des composants mécaniques et électriques relativement bon marché disponibles de nos jours, ainsi que des logiciels de marquage largement répandus et faciles à utiliser, les machines correspondantes sont aujourd’hui proposées par de très nombreux fabricants. En outre, du fait de la concurrence acharnée des différents fournisseurs, les prix des machines ont considérablement baissé ces dernières années.

Conclusion:
Pour de nombreux contextes d’utilisation, les systèmes de micro-percussion représentent un procédé de marquage extrêmement efficient.
En ce qui concerne la qualité visuelle du marquage, il faut toutefois faire quelques concessions par rapport à la gravure, ce qui n’est toutefois pas un problème dans la plupart des cas. En outre, il existe des différences importantes entre les dizaines de fournisseurs au niveau des possibilités d’utilisation et du résultat de marquage pouvant être obtenu, ainsi que de la structure des prix.

2.3 Marquage au laser

Le marquage au laser offre des possibilités très variées, tant en ce qui concerne les procédés laser que les matériaux à marquer et les applications. Le marquage au laser est le seul procédé qui n’implique aucun contact mécanique avec la surface de marquage.
Les explications qui suivent se limitent au domaine du marquage des métaux nus. Il existe ici deux possibilités de marquage au laser:

1. Marquage au moyen de couleurs de recuit
   
1. Aucun matériau n’est enlevé. Le modèle de marquage (changement de couleur sur la surface de la pièce) est généré par l’effet de chaleur ponctuel qui se produit lors du passage du rayon laser. Le procédé est très rapide, mais le marquage ne résiste que partiellement à une abrasion mécanique plus importante.
2. Gravure au laser par enlèvement de matériau
   2. Contrairement à la procédure décrite plus haut, ce procédé enlève du matériau par vaporisation sous l’effet d’une température élevée. Comme pour la gravure, il en résulte un marquage en creux. Ce procédé est toutefois beaucoup plus long et s’accompagne d’une diminution de la résistance de la pièce ainsi marquée (coupure des fibres du matériau).

Conclusion:
Tous les marquages au laser ne se valent pas, ce qui signifie que les exigences concrètes en matière de marquage doivent être clairement définies au préalable. En principe, la décision se prendra en fonction des deux critères suivants:

• le marquage doit être rapide, beau et respectueux des matériaux (mais sa résistance à l’abrasion mécanique est limitée)
• le marquage doit être sûr et visible en permanence (au prix d’une légère fragilisation de la pièce)

2.4  Autres méthodes de marquage

Procédés de marquage mécaniques

Pour que notre liste aussi complète que possible, nous devons mentionner aussi les procédés suivants, qui sont principalement utilisés pour des marquages permanents:

• Procédé de marquage par déroulement 
  (pour une utilisation principalement automatisée et mécanique)
• Estampillage sur presses d’estampage
  (pour une utilisation manuelle ou automatisée)

Procédé d’impression

Bien entendu, il est également possible de réaliser un marquage des pièces par impression. Par souci d’exhaustivité, nous en dressons aussi la liste, bien que ces procédés soient rarement utilisés dans ce secteur industriel.

• Tampographie pour les marquages fixes
• Impression par jet d’encre pour des marquages fixes ou personnalisés

3. Méthodes de marquage manuelles

Si notre document concerne avant tout les méthodes de marquage automatisées, il convient de ne pas oublier de mentionner ici les procédés manuels.

Il n’est pas question de les aborder en détail, mais ils sont répertoriés ci-dessous dans un souci d’exhaustivité:

• Tampon manuel
• Marquage avec traceur électrique
• Gravure électrochimique

4. Avantages du marquage intégré au processus avec gravostar

Après examen des différentes possibilités de marquage des pièces, ce que laissait supposer le tableau qui répertorie ci-dessus les différents procédés de marquage se confirme. Le marquage automatisé des pièces, sans enlèvement de matériau, directement sur la machine à commande numérique, présente des avantages uniques.

Principal avantage: sécurité des processus encore inégalée

1. Le marquage fait partie intégrante du programme de fabrication et se déroule donc automatiquement. Autrement dit, le processus de manipulation supplémentaire des pièces, nécessaire jusqu’à présent en tant que préparation, ainsi que le processus de marquage proprement dit sont éliminés. Ainsi, les erreurs telles que les oublis ou les marquages incorrects appartiennent au passé.
2. Grâce au procédé de marquage sans enlèvement de matériau, le marquage est réalisé par des aiguilles de marquage en carbure monobloc. Elles sont quasiment inusables et peuvent être fabriquées dans pratiquement n’importe quelle forme. En outre, la vitesse de broche n’a plus d’incidence et il est possible d’atteindre des vitesses d’avance très élevées, supérieures à 5’000 mm/min.
3. Les outils sont équipés d’un dispositif de compensation automatique de l’écart, qui couvre plusieurs millimètres. On obtient ainsi une profondeur de marquage uniforme, même en cas d’écarts de dimensions ou d’irrégularités de la surface de marquage. Cela permet par exemple de marquer des pièces moulées sur la surface brute en toute sécurité.

Possibilités de marquage universelles au possible

Ce procédé permet de réaliser des marquages de tout type et de toute taille, par exemple:

• Marquages alphanumériques avec un texte fixe ou personnalisé
• Numérotation automatique des séries
• Date de fabrication en temps réel
• Date Matrix Code ou QR Code

Simplification du processus de production et réduction des coûts

La disparition de l’étape supplémentaire du processus de marquage des pièces permet de réaliser des économies supplémentaires, notamment:

• Suppression des frais de manipulation ou éventuellement de transport supplémentaire pour le marquage des pièces
• Réduction des frais de logistique et de contrôle
• Allègement de la charge de travail du personnel de production

Avec le marquage de pièces intégré au processus, le processus d’usinage est effectivement prolongé de quelques secondes. Toutefois, les avantages décrits ci-dessus compensent largement cet inconvénient dans la plupart des cas. En particulier dans le contexte d’une production en grande partie automatisée, la compétitivité s’en trouve nettement accrue.

PS: lors de nos entretiens de conseil, nous nous concentrons toujours sur la problématique du client et non sur nos solutions d’outillage. Concrètement: si une problématique peut être résolue de manière plus optimale avec un autre procédé, nous vous le ferons savoir même si cela nous contraint à renoncer à vous vendre nos outils.
Cette approche s’inscrit dans la philosophie de notre entreprise qui privilégie une collaboration durable fondée sur la confiance par rapport à un gain à court terme. En outre, notre statut d’expert nous y oblige.