Revêtement laser de rouleaux de presse et de rouleaux d'impression
Dans l'industrie de l'imprimerie et du papier, les rouleaux de presse sont soumis en permanence à une pression superficielle, à des frottements et à des agressions chimiques. L'usure de la surface des rouleaux entraîne une perte de qualité de l'image imprimée, une augmentation des coûts de maintenance et des arrêts de production imprévus. Le revêtement laser offre une approche fondamentalement nouvelle pour la protection de surface de ces composants soumis à de fortes contraintes. EMAG LaserTec fournit à cet effet des systèmes de production clés en main qui permettent un revêtement industriel en série des rouleaux de presse avec une fiabilité de processus maximale.
Quels sont les défis auxquels sont confrontés les rouleaux de presse dans l'industrie de l'imprimerie et du papier ?
Les rouleaux et cylindres des machines d'impression, de papier et d'emballage doivent présenter une qualité de surface uniforme sur toute leur longueur. Même des écarts minimes dans la topographie ou la rugosité ont un impact direct sur la densité d'impression, le transfert d'encre et l'homogénéité du produit fini.
Parallèlement, les surfaces des rouleaux sont soumises à des contraintes énormes : pressions linéaires élevées entre les paires de rouleaux, usure abrasive due aux bandes de papier et de carton, contact avec les encres d'impression, les solvants, les lessives et les eaux de lavage, ainsi que des contraintes thermiques alternées en fonctionnement continu. Dans ces conditions, les procédés de revêtement conventionnels tels que le chromage dur ou la projection thermique atteignent leurs limites, que ce soit en raison d’une résistance à la corrosion limitée, de la formation de microfissures ou d’une adhérence insuffisante sur le matériau de base.
À cela s'ajoute la pression réglementaire : le règlement européen REACH restreint de plus en plus l'utilisation des composés de chrome(VI) dans les procédés galvaniques. Les exploitants et les fabricants de machines d'impression ont donc besoin de solutions de revêtement plus performantes, plus durables, résistantes à la corrosion et, en même temps, pérennes.
Comment fonctionne le revêtement laser des rouleaux de presse ?
Lors du revêtement au laser, un faisceau laser focalisé est dirigé vers la surface rotative du rouleau. Une poudre métallique ou un fil métallique est introduit de manière ciblée dans la zone de fusion ainsi créée, fondu et soudé au matériau de base. Il en résulte une couche fonctionnelle sans pores ni fissures, qui présente une liaison par adhérence avec le corps du rouleau.
Le processus de revêtement s'effectue en un seul passage sur toute la longueur du rouleau. L'optique du processus se déplace parallèlement à l'axe du rouleau tandis que la pièce tourne, selon un principe similaire à celui d'un tour. Grâce au contrôle précis de la puissance laser, de l'avance et de l'alimentation en poudre, l'épaisseur de la couche, la dureté et la topographie de la surface peuvent être adaptées avec exactitude à l'application concernée.
Une caractéristique essentielle du procédé est l'apport de chaleur extrêmement limité. La contrainte thermique se concentre à quelques dixièmes de millimètre sous la surface. Ainsi, la structure et la stabilité dimensionnelle du corps du rouleau restent inchangées – un facteur décisif pour les rouleaux longs à parois minces, qui sont sensibles à la déformation.
Pourquoi le revêtement laser est-il supérieur à la projection thermique pour les rouleaux ?
La projection thermique – par exemple le procédé HVOF – est établie depuis des années dans l'industrie de l'imprimerie et du papier. Les couches ainsi produites offrent une bonne dureté et une bonne résistance à l'abrasion. Ce procédé présente toutefois des faiblesses inhérentes au système, qui pèsent de plus en plus lourd dans les applications exigeantes des rouleaux.
Adhérence du revêtement et résistance à la fatigue
Les revêtements appliqués par projection thermique adhèrent au matériau de base par agglomération mécanique. Sous l'effet de contraintes cycliques – telles que celles subies par les rouleaux de presse en fonctionnement continu – cette liaison peut se fatiguer. Il en résulte un décollement du revêtement, appelé « spalling ». Les surfaces revêtues au laser, en revanche, sont liées métallurgiquement au substrat. Cette liaison soudée résiste même à des millions de cycles de charge sans risque de délamination.
Utilisation du matériau et rentabilité
Dans le cas de la projection thermique, jusqu’à 40 % du matériau de revêtement utilisé est perdu sous forme de surpulvérisation. Avec le revêtement laser, le rendement du matériau est supérieur à 95 %. Pour les fabricants et les exploitants de cylindres, cela signifie une moindre utilisation de matières premières, moins de déchets et des coûts de revêtement par mètre carré de surface réduits.
Porosité et densité de surface
Les revêtements par projection thermique présentent, de par la nature du procédé, une certaine porosité résiduelle. Ces micropores peuvent laisser passer l'encre d'imprimerie, les solvants ou l'humidité jusqu'au matériau de base et provoquer une corrosion sous-jacente. Le revêtement par laser produit des couches totalement denses et sans pores qui agissent comme une barrière étanche contre les agents chimiques.
Quels concepts de machines EMAG propose-t-elle pour le revêtement laser de cylindres ?
ELC 1500 LMD et ELC 2700 LMD – revêtement de cylindres jusqu'à 2,7 mètres
La série EMAG ELC LMD a été spécialement conçue pour le revêtement de pièces longues à symétrie de révolution. La structure de la machine repose sur une poupée motrice, une contre-poupée électrique et un système de positionnement de haute précision pour l'optique de processus. L'alimentation en poudre ou en fil, la source laser, l'unité de refroidissement et l'aspiration sont entièrement intégrées au concept de l'installation.
Caractéristiques techniques de la série ELC LMD :
| Paramètres | ELC 1500 LMD | ELC 2700 LMD |
|---|---|---|
| Longueur maximale de la pièce | 1,500 mm | 2,700 mm |
| Diamètre max. de la pièce | 1,000 mm | 1,000 mm |
| Poids max. de la pièce | 2,000 kg | 2,000 kg |
| Matériau d'apport | Poudre ou fil | Poudre ou fil |
Cette plateforme de machines couvre la gamme de dimensions typiques des rouleaux de presse dans l'industrie de l'imprimerie et du papier. Pour les dimensions spéciales, EMAG développe des solutions spécifiques à l'application sur demande.
Capteurs intégrés et surveillance du processus
La qualité du revêtement est surveillée tout au long du processus par des systèmes de capteurs intégrés. Cette technologie provient de la production en grande série de disques de frein et a été adaptée au revêtement de cylindres. L'épaisseur de la couche, la répartition de la température et la stabilité du processus sont enregistrées en continu et ajustées automatiquement si nécessaire.
À quels types de rouleaux le revêtement laser convient-il ?
Ce procédé convient aux composants à symétrie de révolution soumis à des exigences élevées en matière de protection contre l'usure, de résistance à la corrosion et de qualité de surface. Dans l'industrie de l'imprimerie et du papier, cela concerne un grand nombre de types de rouleaux.
01.
Rouleaux de presse et rouleaux de calandre
Dans les presses et calandres, les rouleaux sont mis en contact les uns contre les autres avec une pression linéaire élevée. La surface doit être à la fois dure, lisse et résistante à la corrosion. Les rouleaux revêtus au laser répondent à ces trois exigences en une seule couche fonctionnelle.
02.
Rouleaux de transfert d'encre et rouleaux tramés
Les rouleaux qui transfèrent l'encre d'impression, le vernis ou la colle nécessitent une topographie de surface définie. Le revêtement laser crée une couche de base homogène qui sert de support idéal pour une gravure laser ou une structuration mécanique ultérieure.
03.
Rouleaux de séchage et rouleaux chauffants
Dans le secteur du séchage, les températures peuvent atteindre 200 °C et plus. Les contraintes thermiques alternées, combinées à l'humidité et aux produits chimiques, sollicitent considérablement la surface des rouleaux. La couche laser liée métallurgiquement résiste à ces conditions sans se détacher du matériau de base.
04.
Rouleaux de guidage et rouleaux de renvoi
Les rouleaux soumis à des contraintes mécaniques moins importantes bénéficient également du revêtement laser, en particulier lorsqu'ils sont utilisés dans des environnements corrosifs – par exemple dans les zones humides des machines à papier ou dans les installations de l'industrie de l'emballage, où des produits de nettoyage et de désinfection agressifs sont utilisés.
Quels sont les avantages du revêtement laser spécifiquement pour les applications sur rouleaux ?
- Une qualité de revêtement homogène sur de grandes longueurs
Les installations de revêtement laser EMAG traitent des rouleaux et des arbres d'une longueur maximale de 2 700 mm et d'un diamètre allant jusqu'à 1 000 mm. Les systèmes de capteurs intégrés surveillent le processus de revêtement en temps réel et garantissent une épaisseur et une qualité de revêtement constantes sur toute la longueur du rouleau – une condition préalable indispensable pour des résultats d'impression irréprochables.
- Large choix de matériaux
Différents matériaux de revêtement sont disponibles en fonction du profil d'exigences du rouleau. Les alliages à base de nickel offrent une excellente protection contre la corrosion dans les environnements chimiquement agressifs. Les alliages à base de cobalt allient une dureté élevée à une résistance à la température. Les alliages à base de fer avec carbures incorporés offrent une résistance maximale à l'usure. Le choix du matériau est adapté aux conditions d'exploitation spécifiques en collaboration avec le client.
- Faible besoin de retouche
Les surfaces obtenues par revêtement laser sont déjà uniformes et lisses à l'état brut. Le processus de rectification qui suit sert principalement à ajuster le diamètre final et la rugosité de surface requise. Les retouches fastidieuses sont largement superflues, ce qui réduit considérablement le temps de traitement total d'un cylindre.
Questions fréquentes sur le revêtement laser des rouleaux de presse
- Les rouleaux existants peuvent-ils être revêtus à l'aide du procédé laser ?
- Quelles rugosités de surface peut-on obtenir ?
- Comment le revêtement se comporte-t-il en cas de contraintes thermiques alternées ?
- Quel est l'impact du revêtement laser sur la précision dimensionnelle du cylindre ?
- Pour quelles tailles de lots ce procédé est-il rentable ?
Oui, le revêtement laser convient aussi bien au revêtement neuf qu'à la remise en état de rouleaux usés. Les anciens revêtements existants sont éliminés avant le processus laser, puis la nouvelle couche fonctionnelle est appliquée directement sur le corps du rouleau. La liaison métallurgique avec le matériau de base garantit ainsi la même qualité de couche que lors d'un premier revêtement.
Après le revêtement laser, les rouleaux sont rectifiés afin d'obtenir le diamètre final requis et la qualité de surface spécifiée. Des valeurs de rugosité de +/- 15 µm sont réalisables. Pour les applications spéciales présentant des exigences différentes, les paramètres sont adaptés individuellement.
Grâce au faible apport de chaleur lors du revêtement laser, on obtient une couche présentant des contraintes internes minimales. La liaison métallurgique avec le matériau de base garantit que le revêtement ne se détache pas du substrat, même en cas de cycles de température répétés. La projection thermique offre ici moins de sécurité, car la liaison mécanique peut se fatiguer sous l'effet des contraintes thermiques alternées.
L'apport de chaleur lors du revêtement laser est si faible qu'il n'entraîne aucune déformation mesurable du corps du rouleau. C'est un avantage décisif, en particulier pour les rouleaux longs à parois minces, par rapport aux procédés impliquant un apport d'énergie thermique plus important, comme la projection plasma.
Les installations de revêtement laser EMAG sont conçues aussi bien pour les pièces uniques que pour la production en série. Grâce à son haut degré d'automatisation et à ses temps de cycle courts, l'installation est rentabilisée dès des quantités moyennes. Pour les entreprises qui proposent le revêtement de cylindres en tant que service, ce procédé ouvre en outre de nouveaux débouchés commerciaux.
