EP4635743A1 - Procédé de marquage sur une pièce céramique à base d'argile - Google Patents

Procédé de marquage sur une pièce céramique à base d'argile

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Publication number
EP4635743A1
EP4635743A1 EP25170265.0A EP25170265A EP4635743A1 EP 4635743 A1 EP4635743 A1 EP 4635743A1 EP 25170265 A EP25170265 A EP 25170265A EP 4635743 A1 EP4635743 A1 EP 4635743A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
marking
coating layer
ceramic part
raw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP25170265.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Peres
Laeticia Vidal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Revol Porcelaine
Original Assignee
Revol Porcelaine SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Revol Porcelaine SA filed Critical Revol Porcelaine SA
Publication of EP4635743A1 publication Critical patent/EP4635743A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/24—Ablative recording, e.g. by burning marks; Spark recording
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/262—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used recording or marking of inorganic surfaces or materials, e.g. glass, metal, or ceramics

Definitions

  • the invention relates to a method of marking on a clay-based ceramic part.
  • It relates more particularly to a method comprising a laser marking operation implementing marking by means of a laser of a pattern on a ceramic piece based on clay.
  • the invention finds a preferred, and non-limiting, application for decorating or personalizing a ceramic piece used in the fields of tableware, cooking or decorative items.
  • a ceramic part can be marked using a laser, as described for example in the document EP1040017 which implements selective laser sintering marking, and in the document US5554335 which implements laser ablation marking.
  • this laser marking is applied to a fired ceramic piece, that is to say a ceramic piece which has undergone final firing, typically between 900 and 1400 degrees Celsius, so as to have a finished ceramic piece, ready for use; and it is this fired ceramic piece which is the subject of laser marking.
  • the invention proposes a method of marking on a clay-based ceramic piece, comprising a laser marking operation implementing a marking by means of a laser of a pattern on the raw or softened ceramic piece, followed by a final firing operation of the ceramic piece after the laser marking operation to obtain the ceramic piece fired and marked with the pattern.
  • the process consists of carrying out laser marking on a ceramic piece which is raw or softened, in other words a ceramic piece which has not yet undergone final firing; a raw ceramic piece being a ceramic piece which has not undergone any firing, and a softened ceramic piece being a ceramic piece which has undergone pre-firing (also called first non-final firing or half-firing) the objective of which is mainly to dehydrate the softened ceramic piece and which takes place at a pre-firing temperature lower than the firing temperature which will be carried out later during the final firing operation.
  • pre-firing also called first non-final firing or half-firing
  • This process allows for the obtaining of unique finishes of the pattern, which cannot be achieved with laser marking on fired or raw ceramic pieces with simple laser ablation, and at the same time are compatible with current food contact standards.
  • the laser ablation step allows material to be removed from the surface of the ceramic part, raw or hardened, based on clay and, secondly, what is particularly advantageous, is the selective laser sintering step which follows the laser ablation and which is implemented in the engraving obtained by the laser ablation.
  • selective laser sintering involves passing the laser over the internal surface of the engraving to locally sinter this internal surface, and thus change the surface condition.
  • This change in surface condition obtained thanks to localized selective sintering in the engraving contributes to obtaining, after firing the clay-based ceramic part, a precise and unique finish, with clean and fine lines; which cannot be obtained with simple laser ablation followed by firing.
  • the cooking which occurs after the localized laser sintering in the engraving, makes it possible to reveal the marking and in particular to obtain rounded, well-defined edges for the lines of the pattern, in other words to round off the edges of the marking previously sintered by laser sintering; which contributes to obtaining fine and precise markings.
  • the selective laser sintering step concerns selective sintering in the sense that the laser sintering takes place in selected areas, namely in the etching obtained at the end of the laser ablation step.
  • This selective sintering is therefore to be distinguished from the final firing operation of the ceramic piece which leads to a global sintering of the entire ceramic piece. Also, it is quite clear that in the engraving, and therefore on the pattern, two consecutive sinterings are carried out, the first corresponding to the selective sintering and the second corresponding to the final firing.
  • the laser marking operation is carried out on the raw or rough ceramic part which is in a raw state, i.e. without a coating layer.
  • the laser marking is carried out directly on the raw surface of the raw or rough ceramic part.
  • the method comprises, before the laser marking operation, a covering operation implementing a covering of the ceramic part with at least one coating layer, so that the laser marking operation is implemented on the at least one coating layer which covers the raw or roughened ceramic part.
  • the ceramic part is covered by one or more coating layers, including an outer coating layer and possibly one or more sub-coating layers.
  • the laser marking is carried out on the outer coating layer, and possibly in the sub-coating layer(s), or even optionally until reaching the surface of the ceramic part.
  • the coating operation implements an enameling step and/or an engobing step, such that the at least one coating layer comprises at least one enameling layer and/or at least one engobing layer.
  • the laser marking operation comprises at least one laser ablation step implementing one or more passes of the laser over a surface so as to remove material from the surface to form an engraving defining the pattern.
  • the laser ablation step is implemented on the surface of the green or rough ceramic part which is in the raw state, in order to form the etching directly in the green or rough ceramic part.
  • the laser ablation step is performed on the surface of the at least one coating layer to form the etching at least in said at least one coating layer.
  • the at least one coating layer comprises a single coating layer
  • the laser ablation step is implemented to form the etching over at least the entire thickness of said single coating layer by exposing the ceramic part under said single coating layer.
  • the method comprises, before the laser marking operation, an operation of coloring the raw or roughened ceramic piece in order to be colored in the mass.
  • the laser used during the laser marking operation is a pulsed laser.
  • this pulsed technology is particularly suitable for working on a ceramic piece made from clay, raw or softened, in terms of precision and fineness of marking, whether by ablation or selective sintering.
  • the laser is operated with a power between 20 and 50 watts.
  • This laser power is well suited for implementing the process, as it promotes precision without harming the ceramic material.
  • the laser is operated at a wavelength in the infrared range, and for example at 1064 nm.
  • the laser is operated with a pulse frequency between 20 and 200 kHz.
  • the laser is moved with a movement speed of between 100 and 5000 millimeters per second, and for example between 300 and 3000 millimeters per second.
  • This speed of movement promotes the finesse of the marking.
  • the raw or rough ceramic piece includes a mass percentage of clay excluding kaolin which is less than 10%.
  • the final firing operation of the ceramic piece is carried out at a maximum firing temperature which is between 900 and 1400 degrees Celsius, and for example between 1000 and 1350 degrees Celsius.
  • the detailed description which follows relates to several embodiments of the marking method on a ceramic part 1 based on clay, and more precisely which comprises a mass percentage of clay excluding kaolin which is less than 10%.
  • the laser marking operation (which combines laser ablation and selective laser sintering) is carried out on a ceramic part before final firing, which limits the effects of laser treatment on the technical characteristics.
  • the enamel layer and/or the engobing layer fuses, which causes the edges of the treated area to round off.
  • the enamel layer and/or the engobing layer fuses, it does not spread over the treated area, allowing for very fine marking.
  • this laser marking operation prior to firing allows, thanks to selective laser sintering, to modify or even fuse the components on the treated internal surface of the engraving (whether for the raw ceramic, for the enamel layer and/or for the engobing layer), thus resulting in a different behavior during firing.
  • This difference in behavior thus allows the appearance of the pattern according to well-defined and clear contours.
  • this selective laser sintering can generate a reaction of the colorant, which will react differently during firing, thus resulting in a modification of the color on the area treated by the laser.
  • the laser marking operation first comprises a laser ablation step consisting of a removal of material under the effect of the laser 2 to engrave the pattern 3.
  • the raw or softened ceramic part 1 is provided in a raw state (step a)), i.e. without a coating layer, and the laser ablation step is carried out on the surface of the raw or softened ceramic part 1 which is in the raw state so as to form an engraving 20 on this surface of the ceramic part 1 (step b)).
  • the raw or roughened ceramic part 1 is provided in a raw state (step a)), then it is covered with a coating layer 4, which can be an enamel layer or an engobing layer (step b)), then the laser ablation step is implemented on the surface of the coating layer coating 4 so as to form an etching 20 on this surface of the coating layer 4 by exposing the ceramic part 1 under this coating layer 4 (step c)).
  • a coating layer 4 which can be an enamel layer or an engobing layer
  • the raw or roughened ceramic part 1 is provided in a raw state (step a)), then it is covered by two superimposed coating layers 41, 42 comprising an outer coating layer 41 and a coating sub-layer 42, which may be enamel layers or engobing layers (step b)), then the laser ablation step is carried out on the surface of the outer coating layer 41 so as to form an etching 20 exposing the coating sub-layer 42 (step c)).
  • the raw or roughened ceramic part 1 is provided in a raw state (step a)), then it is covered by two superimposed coating layers 41, 42 comprising an outer coating layer 41 and a sub-coating layer 42, which may be enamel layers or engobing layers (step b)), then the laser ablation step is carried out on the two coating layers 41, 42 so as to form an engraving 20 exposing the raw or roughened ceramic part 1 (step c)).
  • the laser marking operation comprises, following the laser ablation step, a selective laser sintering step implementing one or more passes of the laser located in the engraving 20 which was obtained at the end of the laser ablation step, so as to locally sinter the internal surface of the engraving 20 to define the pattern 3.
  • the selective laser sintering step (step c)) is implemented in the etching 20 carried out on this surface of the ceramic part 1 on the surface of the raw or softened ceramic part 1 so as to form a sintered part 10 of the ceramic part 1 inside this etching 20 (at the bottom and on the edges of the etching 20), and finally the final firing is implemented (step d)) to obtain the ceramic part 1 fired and marked with the pattern 3
  • the selective laser sintering step (step d)) is implemented on the engraving 20 so as to form a sintered part 10 of the ceramic part 1 (at the bottom of the engraving 20) and sintered parts 40 of the coating layer 4 (at the edge of the engraving 20), and finally the final firing is implemented (step e)) to obtain the fired, enameled or engobed ceramic part 1, and marked with the pattern 3 defined by the engraving 20.
  • the selective laser sintering step (step d)) is implemented on the etching 20 so as to form a sintered part 420 of the undercoating layer 42 (at the bottom of the engraving 20) and of the sintered parts 410 of the outer coating layer 41 (at the edge of the engraving 20), and finally the final firing is carried out (step e)) to obtain the ceramic part 1 fired, glazed or engobed, and marked with the pattern 3 defined by the engraving 20.
  • the selective laser sintering step (step d)) is implemented on the etching 20 so as to form a sintered part 10 of the ceramic part 1 (at the bottom of the etching 20) and sintered parts 412 of the outer coating layer 41 and of the undercoating layer 42 (at the edge of the etching 20), and finally the final firing is implemented (step e)) to obtain the fired, enameled or engobed ceramic part 1, and marked with the pattern 3 defined by the etching 20.
  • Figure 9 shows a ceramic piece made with black ceramic tinted throughout and covered with a coating layer which is here a white enamel layer, thus forming a ceramic piece enameled with a white enamel.
  • Photograph a) shows the ceramic piece after a laser ablation step to reveal an engraving forming a logo and writing. This laser ablation treatment removes the enamel to reveal the black paste at the engraving. The ceramic piece then undergoes the final firing operation, at high temperature, which allows the enamel to vitrify, allowing it to round off the edges of the engraving, as visible in photograph b). It should be noted that the very fine markings "17" and "68" were covered by the enamel during the final firing. The process implemented for this example therefore does not include the selective laser sintering step.
  • a ceramic piece is visible made with a black ceramic tinted in the mass and covered with a coating layer which is here a layer of white enamel; for this example, the ceramic and the enamel used are identical to those of the example of the Figure 5 .
  • the ceramic piece was also treated by laser ablation in order to reveal the black colored paste at the engraving level.
  • a selective laser sintering step is also carried out in the engraving.
  • Photograph a) shows the ceramic piece after laser ablation and selective laser sintering, before the final firing, and no difference in fineness can be seen compared to the example in photograph a) of the Figure 5
  • the ceramic piece then undergoes the final firing operation, at high temperature, which allows the enamel to vitrify, except that this time it is observed that the enamel has vitrified without covering the finest markings, as visible on the photograph b).
  • the process implemented for this example of the Figure 5 corresponds to the process of the Figure 2 , and illustrates the fact that the selective laser sintering step in the engraving obtained at the end of the laser ablation step is particularly advantageous for obtaining a clean and fine marking of the desired pattern.

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Abstract

Procédé de marquage sur une pièce céramique (1) à base d'argile, comprenant une opération de marquage laser mettant en œuvre un marquage au moyen d'un laser (2) d'un motif (3) sur la pièce céramique (1) crue ou dégourdie, suivie d'une opération de cuisson définitive de la pièce céramique (1) après l'opération de marquage laser pour obtenir la pièce céramique (1) cuite et marquée avec le motif (3), où l'opération de marquage laser comprend une étape d'ablation laser suivie d'une étape de frittage sélectif par laser dans la gravure obtenue à l'issue de l'étape d'ablation laser.
L'invention trouve une application favorite, et non limitative, pour décorer ou personnaliser une pièce céramique employée dans les domaines des arts de la table, de la cuisine ou des articles de décoration.

Description

    [Domaine technique]
  • L'invention se rapporte à un procédé de marquage sur une pièce céramique à base d'argile.
  • Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé comprenant une opération de marquage laser mettant en œuvre un marquage au moyen d'un laser d'un motif sur une pièce céramique à base d'argile.
  • L'invention trouve une application favorite, et non limitative, pour décorer ou personnaliser une pièce céramique employée dans les domaines des arts de la table, de la cuisine ou des articles de décoration.
    • [Etat de la technique]
  • De manière connue, une pièce céramique peut faire l'objet d'un marquage au moyen d'un laser, comme décrit par exemple dans le document EP1040017 qui met en œuvre un marquage par frittage sélectif par laser, et dans le document US5554335 qui met en œuvre un marquage par ablation laser.
  • Cependant, ce marquage laser est appliqué sur une pièce céramique cuite, c'est-à-dire une pièce céramique qui a subi une cuisson définitive, classiquement entre 900 et 1400 degrés Celsius, de sorte à avoir une pièce céramique finie, prête à l'emploi ; et c'est cette pièce céramique cuite qui fait l'objet du marquage laser.
  • L'état de la technique peut également être illustré par les enseignements des documents WO2020/179699 , WO2016/083909 et ES2154237 , qui proposent d'opérer un marquage par ablation laser sur une pièce céramique crue, non argileuse.
  • Bien que ces procédés de marquage laser sur pièce céramique cuite ou crue soient globalement satisfaisants, il existe un besoin d'améliorer la finesse du marquage, en particulier sur des pièces céramiques à base d'argile, autrement dit avoir un motif ayant des lignes fines, nettes et éventuellement aussi avec des effets de matière.
    • [Résumé de l'invention]
  • A cette fin, l'invention propose un procédé de marquage sur une pièce céramique à base d'argile, comprenant une opération de marquage laser mettant en œuvre un marquage au moyen d'un laser d'un motif sur la pièce céramique crue ou dégourdie, suivie d'une opération de cuisson définitive de la pièce céramique après l'opération de marquage laser pour obtenir la pièce céramique cuite et marquée avec le motif.
  • Par ailleurs, l'opération de marquage laser comprend :
    • au moins une étape d'ablation laser mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser sur une surface de manière à retirer de la matière dans la surface pour former une gravure définissant le motif ; et
    • au moins une étape de frittage sélectif par laser, effectuée après l'étape d'ablation laser, et mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser dans la gravure obtenue à l'issue de l'étape d'ablation laser, de manière à fritter localement la surface interne de la gravure.
  • Ainsi, le procédé consiste à réaliser un marquage laser sur une pièce céramique qui est crue ou dégourdie, autrement dit une pièce céramique qui n'a pas encore subie la cuisson définitive ; une pièce céramique crue étant une pièce céramique qui n'a subi aucune cuisson, et une pièce céramique dégourdie étant une pièce céramique qui a subi une pré-cuisson (aussi appelée première cuisson non définitive ou demi-cuisson) dont l'objectif est principalement de déshydrater la pièce céramique dégourdie et qui s'opère à une température de pré-cuisson inférieure à la température de cuisson qui sera opérée ultérieurement durant l'opération de cuisson définitive.
  • Ce procédé permet l'obtention de finitions singulières du motif, non réalisables avec le marquage laser sur pièce céramique cuite ou crue avec une simple ablation laser, et en même temps compatibles avec les normes de contact alimentaire en vigueur.
  • Tout d'abord, l'étape d'ablation laser permet de retirer de la matière dans la surface de la pièce céramique, crue ou dégourdie, à base d'argile et, ensuite, ce qui est particulièrement avantageux, c'est l'étape de frittage sélectif par laser qui suit l'ablation laser et qui est mise en œuvre dans la gravure obtenue par l'ablation laser.
  • En effet, le frittage sélectif par laser met en œuvre le passage du laser sur la surface interne de la gravure pour fritter localement cette surface interne, et ainsi changer l'état de surface. Ce changement d'état de surface obtenu grâce au frittage sélectif localisé dans la gravure, contribue à obtenir, après la cuisson de la pièce céramique à base d'argile, une finition précise et unique, avec les lignes nettes et fines ; que l'on ne peut pas obtenir avec une simple ablation laser suivie d'une cuisson.
  • Il est en effet observé que, la cuisson, qui intervient après le frittage laser localisé dans la gravure, permet de révéler le marquage et en particulier d'obtenir des bords arrondis, bien délimités, pour les lignes du motif, autrement dit d'arrondir les bords du marquage préalablement frittés par le frittage laser ; ce qui contribue à l'obtention de marquages fins et précis.
  • Il est à noter que l'étape de frittage sélectif par laser concerne un frittage sélectif dans le sens où le frittage par laser s'opère dans des zones sélectionnées, à savoir dans la gravure obtenue à l'issue de l'étape d'ablation laser.
  • Ce frittage sélectif est donc à distinguer de l'opération de cuisson définitive de la pièce céramique qui conduit à un frittage global de toute la pièce céramique. Aussi, il est bien clair que dans la gravure, et donc sur le motif, sont réalisés deux frittages consécutifs, le premier correspondant au frittage sélectif et le second correspondant à la cuisson définitive.
  • Dans une première réalisation, l'opération de marquage laser est opérée sur la pièce céramique crue ou dégourdie qui est dans un état brut, c'est-à-dire sans couche de revêtement. Ainsi le marquage laser est réalisé directement sur la surface brute de la pièce céramique crue ou dégourdie.
  • Dans une seconde réalisation, le procédé comprend, avant l'opération de marquage laser, une opération de recouvrement mettant en œuvre un recouvrement de la pièce céramique par au moins une couche de revêtement, de sorte que l'opération de marquage laser est mise en œuvre sur l'au moins une couche de revêtement qui recouvre la pièce céramique crue ou dégourdie.
  • Dans cette seconde réalisation, la pièce céramique est recouverte par une ou plusieurs couches de revêtement, dont une couche de revêtement extérieure et éventuellement une ou plusieurs sous-couches de revêtement. Ainsi le marquage laser est réalisé sur la couche de revêtement extérieure, et éventuellement dans la ou les sous-couches de revêtement, voire optionnellement jusqu'à atteindre la surface de la pièce céramique.
  • Selon une caractéristique, lequel l'opération de recouvrement met en œuvre une étape d'émaillage et/ou une étape d'engobage, de sorte que l'au moins une couche de revêtement comprend au moins une couche d'émaillage et/ou au moins une couche d'engobage.
  • Selon un premier mode de réalisation, l'opération de marquage laser comprend au moins une étape d'ablation laser mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser sur une surface de manière à retirer de la matière dans la surface pour former une gravure définissant le motif.
  • Selon une possibilité, l'étape d'ablation laser est mise en œuvre sur la surface de la pièce céramique crue ou dégourdie qui est dans l'état brut, afin de former la gravure directement dans la pièce céramique crue ou dégourdie.
  • Selon une autre possibilité, l'étape d'ablation laser est mise en œuvre sur la surface de l'au moins une couche de revêtement afin de former la gravure au moins dans ladite au moins une couche de revêtement.
  • Selon une variante, l'au moins une couche de revêtement comprend une unique couche de revêtement, et l'étape d'ablation laser est mise en œuvre pour former la gravure sur au moins toute l'épaisseur de ladite unique couche de revêtement en mettant à nue la pièce céramique sous ladite unique couche de revêtement.
  • Selon une autre variante, l'au moins une couche de revêtement comprend au moins deux couches de revêtement superposées comprenant une couche de revêtement extérieure et une sous-couche de revêtement, et l'étape d'ablation laser est mise en œuvre pour former la gravure :
    • sur au moins toute l'épaisseur des au moins deux couches de revêtement superposées en mettant à nue la pièce céramique sous lesdites au moins deux couches de revêtement superposées ; ou
    • sur toute l'épaisseur de la couche de revêtement extérieure en mettant à nue la sous-couche de revêtement sous ladite couche de revêtement extérieure.
  • Ainsi, il est possible de choisir quelle surface sera mise à nue, soit celle de la sous-couche de revêtement ou de l'une des sous-couches de revêtement soit celle de la pièce céramique, permettant ainsi de créer des effets esthétiques originaux, comme des variations de teinte.
  • Dans une réalisation particulière, le procédé comprend, avant l'opération de marquage laser, une opération de coloration de la pièce céramique crue ou dégourdie afin d'être colorée dans la masse.
  • Dans une réalisation avantageuse, le laser employé durant l'opération de marquage laser est un laser pulsé.
  • En effet, cette technologie pulsée est particulièrement adaptée pour travailler sur une pièce céramique à base d'argile, crue ou dégourdie, au niveau de la précision et de la finesse du marquage, que ce soit par ablation ou par frittage sélectif.
  • Avantageusement, durant l'opération de marquage laser, le laser est opéré avec une puissance comprise entre 20 et 50 watts.
  • Cette puissance du laser est bien adaptée pour la mise en œuvre du procédé, car elle favorise la précision sans nuire à la matière céramique.
  • Dans un mode de réalisation particulier, durant l'opération de marquage laser, le laser est opéré à une longueur d'onde dans le domaine infra-rouge, et par exemple à 1064 nm.
  • Selon une possibilité, durant l'opération de marquage laser, le laser est opéré avec une fréquence de pulse comprise entre 20 et 200 kHz.
  • Selon une autre possibilité, durant l'opération de marquage laser, le laser est déplacé avec une vitesse de déplacement comprise entre 100 et 5000 millimètres par seconde, et par exemple entre 300 et 3000 millimètres par seconde.
  • Cette vitesse de déplacement favorise la finesse du marquage.
  • Selon une caractéristique, la pièce céramique crue ou dégourdie comprend un pourcentage massique en argile hors kaolin qui est inférieur à 10 %.
  • Selon une autre caractéristique, l'opération de cuisson définitive de la pièce céramique est mise en œuvre à une température maximale de cuisson qui est comprise entre 900 et 1400 degrés Celsius, et par exemple entre 1000 et 1350 degrés Celsius.
    • [Brève description des figures]
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, de plusieurs exemples de mise en œuvre non limitatifs, faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
    • [Fig 1] est une vue schématique de quatre étapes d'un procédé de marquage mettant en œuvre une ablation laser directement dans la pièce céramique crue ou dégourdie, pour former une gravure dans la pièce céramique crue ou dégourdie, puis un frittage sélectif par laser dans la gravure, et enfin une cuisson définitive ;
    • [Fig 2] est une vue schématique de cinq étapes d'un procédé de marquage mettant en œuvre une ablation laser pour former une gravure dans une couche de revêtement mettant à nue la pièce céramique crue ou dégourdie, puis un frittage sélectif par laser dans la gravure, et enfin une cuisson définitive ;
    • [Fig 3] est une vue schématique de cinq étapes d'un procédé de marquage mettant en œuvre une ablation laser dans une couche de revêtement externe afin de former une gravure mettant à nue une sous-couche de revêtement, avant un frittage sélectif par laser dans la gravure, et enfin une cuisson définitive ;
    • [Fig 4] est une vue schématique de cinq étapes d'un procédé de marquage mettant en œuvre une ablation laser dans une couche de revêtement externe et dans une sous-couche de revêtement afin de former une gravure mettant à nue la pièce céramique crue ou dégourdie, avant un frittage sélectif par laser dans la gravure, et enfin une cuisson définitive ;
    • [Fig 5] est une vue schématique de deux photographies d'un exemple de pièce céramique ayant fait l'objet d'une étape d'ablation laser, sans l'étape de frittage sélectif par laser ;
    • [Fig 6] est une vue schématique de deux photographies d'un exemple de pièce céramique ayant fait l'objet du procédé de la Figure 2, avec l'étape d'ablation laser suivie de l'étape de frittage sélectif par laser.
    [Description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l'invention]
  • La description détaillée qui suit porte sur plusieurs modes de réalisation du procédé de marquage sur une pièce céramique 1 à base d'argile, et plus précisément qui comprend un pourcentage massique en argile hors kaolin qui est inférieur à 10 %.
  • Ces modes de réalisation ont tous en commun de comprendre :
    • une opération de marquage laser mettant en œuvre un marquage au moyen d'un laser 2 d'un motif 3 sur la pièce céramique 1 qui est crue ou dégourdie ; et
    • une opération de cuisson définitive de la pièce céramique 1, réalisée après l'opération de marquage laser, pour obtenir la pièce céramique 1 cuite et marquée avec le motif 3.
  • Par ailleurs, ces modes de réalisation ont également tous en commun que l'opération de marquage laser sur la pièce céramique 1 qui est crue ou dégourdie, comprend :
    • une étape d'ablation laser mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser 2 sur une surface de manière à retirer de la matière dans la surface pour former une gravure 20 définissant le motif 3 ; et
    • une étape de frittage sélectif par laser, effectuée après l'étape d'ablation laser et avant la cuisson définitive, et mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser 2 dans la gravure 20 obtenue à l'issue de l'étape d'ablation laser, de manière à fritter localement la surface interne de la gravure 20.
  • Ainsi, l'opération de marquage laser (qui combine une ablation laser et un frittage sélectif par laser) est réalisée sur une pièce céramique avant la cuisson définitive, ce qui permet de limiter les effets du traitement par le laser sur les caractéristiques techniques.
  • En effet, l'ablation laser sur une pièce céramique cuite peut entraîner l'apparition de microfissures dans cette pièce cuite. Dans le cas du procédé décrit dans la présente demande, ce défaut est limité par le fait que la pièce céramique est traitée par le laser avant sa cuisson définitive, et le frittage sélectif par laser contribue à modifier l'état de surface localement dans la gravure pour, une fois la cuisson définitive réalisée, obtenir des lignes de gravure fines. De même, si la pièce céramique cuite est émaillée et/ou engobée, les bords de la zone traitée peuvent être irréguliers et présenter de petits éclats, ce qui détériore l'esthétique de la pièce. Le fait de réaliser l'opération de marquage laser telle que décrite ci-dessus sur une pièce émaillée et/ou engobée avant la cuisson définitive permet d'éliminer ces défauts tout en obtenant un motif d'une très grande finesse. En effet, lors de la cuisson définitive, la couche d'émaillage et/ou la couche d'engobage fusionne, ce qui entraîne l'arrondissement des bords de la zone traitée. Lors de la fusion de la couche d'émaillage et/ou de la couche d'engobage, celle-ci ne s'étale pas sur la zone traitée permettant l'obtention d'un marquage très fin.
  • En outre, cette opération de marquage laser préalable à la cuisson permet, grâce au frittage sélectif par laser, de modifier voire fusionner les composants sur la surface interne traitée de la gravure (que ce soit pour la céramique brute, pour la couche d'émaillage et/ou pour la couche d'engobage), entraînant ainsi un comportement différent à la cuisson. Cette différence de comportement permet ainsi l'apparition du motif selon des contours bien définis et nets. Dans le cas des pâtes céramiques contenant un colorant, ce frittage sélectif par laser peut générer une réaction du colorant, qui réagira de façon différente lors de la cuisson entraînant ainsi une modification de la couleur sur la zone traitée par le laser.
  • Durant l'opération de marquage laser, le laser 2 employé est un laser pulsé qui opère dans les conditions suivantes :
    • une puissance comprise entre 20 et 50 watts ;
    • une longueur d'onde dans le domaine infra-rouge, et par exemple à 1064 nm ;
    • une fréquence de pulse comprise entre 20 et 200 kHz ;
    • une vitesse de déplacement comprise entre 100 et 5000 millimètres par seconde, et par exemple entre 300 et 3000 millimètres par seconde.
  • Dans les procédés des Figures 1 à 4, l'opération de marquage laser comprend d'abord une étape d'ablation laser consistant en un retrait de matière sous l'effet du laser 2 pour graver le motif 3.
  • Dans la réalisation de la Figure 1, la pièce céramique 1 crue ou dégourdie est fournie dans un état brut (étape a)), c'est-à-dire sans couche de revêtement, et l'étape d'ablation laser est mise en œuvre sur la surface de la pièce céramique 1 crue ou dégourdie qui est dans l'état brut de sorte à former une gravure 20 sur cette surface de la pièce céramique 1 (étape b)).
  • Dans la réalisation de la Figure 2, la pièce céramique 1 crue ou dégourdie est fournie dans un état brut (étape a)), puis elle est recouverte par une couche de revêtement 4, qui peut être une couche d'émaillage ou une couche d'engobage (étape b)), puis l'étape d'ablation laser est mise en œuvre sur la surface de la couche de revêtement 4 de sorte à former une gravure 20 sur cette surface de la couche de revêtement 4 en mettant à nue la pièce céramique 1 sous cette couche de revêtement 4 (étape c)).
  • Dans la réalisation de la Figure 3, la pièce céramique 1 crue ou dégourdie est fournie dans un état brut (étape a)), puis elle est recouverte par deux couches de revêtement 41, 42 superposées comprenant une couche de revêtement extérieure 41 et une sous-couche de revêtement 42, qui peuvent être des couches d'émaillage ou des couches d'engobage (étape b)), puis l'étape d'ablation laser est mise en œuvre sur la surface de la couche de revêtement extérieure 41 de sorte à former une gravure 20 mettant à nue la sous-couche de revêtement 42 (étape c)).
  • Dans la réalisation de la Figure 4, la pièce céramique 1 crue ou dégourdie est fournie dans un état brut (étape a)), puis elle est recouverte par deux couches de revêtement 41, 42 superposées comprenant une couche de revêtement extérieure 41 et une sous-couche de revêtement 42, qui peuvent être des couches d'émaillage ou des couches d'engobage (étape b)), puis l'étape d'ablation laser est mise en œuvre sur les deux couches de revêtement 41, 42 de sorte à former une gravure 20 mettant à nue la pièce céramique 1 crue ou dégourdie (étape c)).
  • Dans les procédés des Figures 1 à 4, l'opération de marquage laser comprend, à la suite de l'étape d'ablation laser, une étape de frittage sélectif par laser mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser localisé(s) dans la gravure 20 qui a été obtenue à l'issue de l'étape d'ablation laser, de manière à fritter localement la surface interne de la gravure 20 pour définir le motif 3.
  • Dans la réalisation de la Figure 1, l'étape de frittage sélectif par laser (étape c)) est mise en œuvre dans la gravure 20 réalisée sur cette surface de la pièce céramique 1 sur la surface de la pièce céramique 1 crue ou dégourdie de sorte à former une partie frittée 10 de la pièce céramique 1 à l'intérieur de cette gravure 20 (au fond et sur les bords de la gravure 20), et enfin est mise en œuvre la cuisson définitive (étape d)) pour obtenir la pièce céramique 1 cuite et marquée avec le motif 3
  • Dans la réalisation de la Figure 2, l'étape de frittage sélectif par laser (étape d)) est mise en œuvre sur la gravure 20 de sorte à former une partie frittée 10 de la pièce céramique 1 (au fond de la gravure 20) et des partie frittées 40 de la couche de revêtement 4 (en bordure de la gravure 20), et enfin est mise en œuvre la cuisson définitive (étape e)) pour obtenir la pièce céramique 1 cuite, émaillée ou engobée, et marquée avec le motif 3 défini par la gravure 20.
  • Dans la réalisation de la Figure 3, l'étape de frittage sélectif par laser (étape d)) est mise en œuvre sur la gravure 20 de sorte à former une partie frittée 420 de la sous-couche de revêtement 42 (au fond de la gravure 20) et des partie frittées 410 de la couche de revêtement extérieure 41 (en bordure de la gravure 20), et enfin est mise en œuvre la cuisson définitive (étape e)) pour obtenir la pièce céramique 1 cuite, émaillée ou engobée, et marquée avec le motif 3 défini par la gravure 20.
  • Dans la réalisation de la Figure 3, l'étape de frittage sélectif par laser (étape d)) est mise en œuvre sur la gravure 20 de sorte à former une partie frittée 10 de la pièce céramique 1 (au fond de la gravure 20) et des partie frittées 412 de la couche de revêtement extérieure 41 et de la sous-couche de revêtement 42 (en bordure de la gravure 20), et enfin est mise en œuvre la cuisson définitive (étape e)) pour obtenir la pièce céramique 1 cuite, émaillée ou engobée, et marquée avec le motif 3 défini par la gravure 20.
  • Sur la Figure 9 est visible une pièce céramique réalisée avec une céramique noire teintée dans la masse et recouverte d'une couche de revêtement qui est ici une couche d'émaillage de couleur blanche, formant ainsi une pièce céramique émaillée avec un émail blanc. La photographie a) montre la pièce céramique après une étape d'ablation laser afin de faire apparaître une gravure formant un logo et une écriture. Ce traitement par ablation laser retire l'émail afin de faire apparaître la pâte de couleur noire au niveau de la gravure. La pièce céramique subit ensuite l'opération de cuisson définitive, à haute température, qui permet à l'émail de se vitrifier lui permettant de s'arrondir sur les bords de la gravure, comme visible sur la photographie b). Il est à noter que les marquages très fins « 17 » et « 68 » ont été recouverts par l'émail lors de la cuisson définitive. Le procédé mis en œuvre pour cet exemple ne comprend donc pas l'étape de frittage sélectif par laser.
  • Sur la Figure 6 est visible une pièce céramique réalisée avec une céramique noire teintée dans la masse et recouverte d'une couche de revêtement qui est ici une couche d'émaillage de couleur blanche ; pour cet exemple, la céramique et l'émail utilisés sont identiques à ceux de l'exemple de la Figure 5. La pièce céramique a également été traitée par ablation laser afin de faire apparaître la pâte de couleur noire au niveau de la gravure. De plus, afin que les marquages fins ne soient pas recouverts lors de la cuisson définitive, une étape de frittage sélectif par laser est également effectuée, dans la gravure. La photographie a) montre la pièce céramique après l'ablation laser et le frittage sélectif par laser, avant la cuisson définitive, et on ne voit aucune différence de finesse par rapport à l'exemple de la photographie a) de la Figure 5. La pièce céramique subit ensuite l'opération de cuisson définitive, à haute température, qui permet à l'émail de se vitrifier, sauf que cette fois il est observé que l'émail s'est vitrifié sans recouvrir les marquages les plus fins, comme visible sur la photographie b). Le procédé mis en œuvre pour cet exemple de la Figure 5 correspond au procédé de la Figure 2, et illustre le fait que l'étape de frittage sélectif par laser dans la gravure obtenue à l'issue de l'étape d'ablation laser, est particulièrement avantageuse pour obtenir un marquage net et fin du motif recherché.

Claims (14)

  1. Procédé de marquage sur une pièce céramique (1) à base d'argile, comprenant une opération de marquage laser mettant en œuvre un marquage au moyen d'un laser (2) d'un motif (3) sur la pièce céramique (1) crue ou dégourdie, suivie d'une opération de cuisson définitive de la pièce céramique (1) après l'opération de marquage laser pour obtenir la pièce céramique (1) cuite et marquée avec le motif (3), dans lequel l'opération de marquage laser comprend :
    - au moins une étape d'ablation laser mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser (2) sur une surface de manière à retirer de la matière dans la surface pour former une gravure (20) définissant le motif (3) ; et
    - au moins une étape de frittage sélectif par laser, effectuée après l'étape d'ablation laser, et mettant en œuvre un ou plusieurs passages du laser (2) dans la gravure (20) obtenue à l'issue de l'étape d'ablation laser, de manière à fritter localement la surface interne de la gravure (20).
  2. Procédé de marquage selon la revendication 1, dans lequel l'opération de marquage laser est opérée sur la pièce céramique (1) crue ou dégourdie qui est dans un état brut, c'est-à-dire sans couche de revêtement (4).
  3. Procédé de marquage selon la revendication 1, comprenant, avant l'opération de marquage laser, une opération de recouvrement mettant en œuvre un recouvrement de la pièce céramique (1) par au moins une couche de revêtement (4 ; 41, 42), de sorte que l'opération de marquage laser est mise en œuvre sur l'au moins une couche de revêtement (4 ; 41, 42) qui recouvre la pièce céramique (1) crue ou dégourdie.
  4. Procédé de marquage selon la revendication 3, dans lequel l'opération de recouvrement met en œuvre une étape d'émaillage et/ou une étape d'engobage, de sorte que l'au moins une couche de revêtement (4 ; 41, 42) comprend au moins une couche d'émaillage et/ou au moins une couche d'engobage.
  5. Procédé de marquage selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'au moins une couche de revêtement (4 ; 41, 42) comprend une unique couche de revêtement (4), et l'étape d'ablation laser est mise en œuvre pour former la gravure (20) sur au moins toute l'épaisseur de ladite unique couche de revêtement (4) en mettant à nue la pièce céramique (1) sous ladite unique couche de revêtement (4).
  6. Procédé de marquage selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l'au moins une couche de revêtement (4 ; 41, 42) comprend au moins deux couches de revêtement (41, 42) superposées comprenant une couche de revêtement extérieure (41) et une sous-couche de revêtement (42), et l'étape d'ablation laser est mise en œuvre pour former la gravure (20) :
    - sur au moins toute l'épaisseur des au moins deux couches de revêtement (41, 42) superposées en mettant à nue la pièce céramique (1) sous lesdites au moins deux couches de revêtement (41, 42) superposées ; ou
    - sur toute l'épaisseur de la couche de revêtement extérieure (41) en mettant à nue la sous-couche de revêtement (42) sous ladite couche de revêtement extérieure (41).
  7. Procédé de marquage selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant l'opération de marquage laser, une opération de coloration de la pièce céramique (1) crue ou dégourdie afin d'être colorée dans la masse.
  8. Procédé de marquage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le laser (2) employé durant l'opération de marquage laser est un laser pulsé.
  9. Procédé de marquage selon la revendication 8, dans lequel, durant l'opération de marquage laser, le laser (2) est opéré avec une puissance comprise entre 20 et 50 watts.
  10. Procédé de marquage selon la revendication 8 ou 9, dans lequel, durant l'opération de marquage laser, le laser (2) est opéré à une longueur d'onde dans le domaine infra-rouge, et par exemple à 1064 nm.
  11. Procédé de marquage selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel, durant l'opération de marquage laser, le laser (2) est opéré avec une fréquence de pulse comprise entre 20 et 200 kHz.
  12. Procédé de marquage selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel, durant l'opération de marquage laser, le laser (2) est déplacé avec une vitesse de déplacement comprise entre 100 et 5000 millimètres par seconde, et par exemple entre 300 et 3000 millimètres par seconde.
  13. Procédé de marquage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pièce céramique (1) crue ou dégourdie comprend un pourcentage massique en argile hors kaolin qui est inférieur à 10 %.
  14. Procédé de marquage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'opération de cuisson définitive de la pièce céramique (1) est mise en œuvre à une température maximale de cuisson qui est comprise entre 900 et 1400 degrés Celsius, et par exemple entre 1000 et 1350 degrés Celsius.
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