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Présentation des ultrasons 1 Les ultrasons de puissance Théorie et technologie (Introduction)

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1 Présentation des ultrasons 1 Les ultrasons de puissance Théorie et technologie (Introduction)

2 Présentation des ultrasons 2 Un domaine de spécialistes Tryphon Tournesol HighTaiX Et quelques autres…

3 Présentation des ultrasons 3 Sommaire Quelques principes théoriques Technologie des ultrasons de puissance Les applications industrielles Le marché et ses acteurs

4 Présentation des ultrasons 4 Quelques principes théoriques Ultrasons: ondes de à Hz Ultrasons de puissance: de 20 à 70 KHz Vitesse de propagation du son dans les métaux: de l’ordre de 5000m/s Longueur d’onde: L = V/f = 0,25m (à 20KHz )

5 Présentation des ultrasons 5 L’effet ultrasonore L’effet ultrasonore c’est: –Une onde ultrasonore stationnaire maintenue dans un outil (sonotrode) –Un effet mécanique (marteau-piqueur) –Un effet thermique (outil chaud) Ces deux effets sont utilisés pour souder et/ou couper des matériaux

6 Présentation des ultrasons 6 L’énergie ultrasonore Pour souder et/ou couper des matériaux, il faut de l’énergie. E us = P * A * T –P = pression appliquée aux matériaux –A = amplitude ultrasonore –T = temps

7 Présentation des ultrasons 7 La génération ultrasonore Le triplet de Langevin Des céramiques piezo- électriques polarisées Un champ électrique alternatif Des vibrations de faible amplitude (qques µm) et de force élevée Diagramme des mouvements Diagramme des amplitudes Diagramme des contraintes λ/4

8 Présentation des ultrasons 8 L’amplification ultrasonore Les amplitudes générées sont faibles (±9µm) Amplification dans un matériau en demi longueur d’onde: A1/A2=V2Z2/V1Z1 A: amplitudes V: volumes Z: impédances acoustiques A1 A2 V1 V2

9 Présentation des ultrasons 9 L’amplification ultrasonore Modélisation sous nastran En vert : amplitude d’excitation En rouge : amplitude résultante En noir : nœud de vibration

10 Présentation des ultrasons 10 La chaîne ultrasonore Amplification progressive au niveau des ventres de vibration. Des nœuds à amplitude nulle et à fortes contraintes. Convertisseur Langevin ±9µm Booster Amplificateur ±18µm Sonotrode ±27µm

11 Présentation des ultrasons 11 Exemple de chaîne ultrasonore Excitation électrique Convertisseur Booster Sonotrode

12 Présentation des ultrasons 12 Le travail en pression La sonotrode est utilisée comme un outil chaud La pression assure la cohésion mécanique Travail principalement adapté au soudage des thermoplastiques à poste fixe P enclume sonotrode

13 Présentation des ultrasons 13 Le travail en entrefer Entrefer maintenu à la demi-amplitude Effets combinés thermique et mécanique Adapté à la coupe et la soudure de matériaux minces Absence de contact entre sonotrode et enclume e  a/2 a/2 e sonotrode enclume

14 Présentation des ultrasons 14 Les applications industrielles Soudage des thermoplastiques à poste fixe Coupe/soudage des thermoplastiques à poste fixe Coupe/soudage des thermoplastiques en continu Assemblage de thermoplastiques hétérogènes Soudages de métaux

15 Présentation des ultrasons 15 Soudage thermoplastiques à poste fixe Travail en pression Utilisation de vecteurs d’énergie Effet thermique Pièces jusqu’à plusieurs mm Applications dans l’automobile, la téléphonie,etc. Pièces Sonotrode Vecteur d’énergie Enclume Pièces

16 Présentation des ultrasons 16 Exemple de soudage à poste fixe Toutes coques thermoplastiques Étanchéité maîtrisée Autres exemples: projecteurs et tableaux de bord automobile

17 Présentation des ultrasons 17 Coupe/soudage des thermoplastiques à poste fixe Matériaux minces Utilisation d’enclumes de forme Travail en pression et/ou en entrefer Applications dans le textile, le biomédical, etc. Enclume de forme Sonotrode

18 Présentation des ultrasons 18 Exemple de coupe /soudage à poste fixe Emballage pour la parfumerie de luxe Soudage et coupe de 5 feuilles de produits Grande résistance mécanique Coupe/soudageSoudage

19 Présentation des ultrasons 19 Coupe/soudage des thermoplastiques en continu Matériaux minces Utilisation de tambours rotatifs de forme Travail en pression et/ou en entrefer Applications dans l’alimentaire, l’électroménager, l’hygiène,etc. Tambour rotatif sonotrode thermoplastique

20 Présentation des ultrasons 20 Exemple de coupe/soudage en continu Sac d’aspirateur universel Polypropylène non- tissé et injecté 3 types d’opération sur un seul tambour rotatif de forme soudage coupe coupe/soudage

21 Présentation des ultrasons 21 Exemple de coupe/soudage en continu Sur-chaussures pour l’alimentaire, la chimie, le nucléaire, etc. Soudage en continu de l’élastique Coupe/soudage à poste fixe du complexe textile Soudage en continu Coupe soudage à poste fixe

22 Présentation des ultrasons 22 Soudage des métaux Effet mécanique de grippage Soudage à basse température et sans apport La plupart des non- ferreux Applications dans l’emballage, l’électronique, l’énergie,etc. enclume métaux sonotrode

23 Présentation des ultrasons 23 Exemples de soudage métalliques Protections intérieures de four en aluminium Soudage par points Panneaux solaires Soudage en continu Cuivre/cuivre

24 Présentation des ultrasons 24 Les acteurs du marché Les fournisseurs de chaînes ultrasonores Les intégrateurs d’applications Les laboratoires de recherche

25 Présentation des ultrasons 25 Les fournisseurs de chaînes ultrasonores « majors » généralistes : –Branson (usa) –Rinco (Suisse) groupe Crest (usa) –Dukane (usa) –Mécasonic (France) groupe Crest (usa) Quelques niches en europe: –Stapla (Allemagne) –Hermann (Allemagne) –Sinaptec (France), Decoup+ (France), Sonimat (France)

26 Présentation des ultrasons 26 Les intégrateurs d’applications Intégrateurs pour le soudage de coques thermoplastiques: –moins d’une dizaine en France dont un fabricant (Mécasonic) Intégrateurs pour les autres applications: –Moins de 5 en europe

27 Présentation des ultrasons 27 Les laboratoires de recherche en Europe Ceux des fabricants de chaînes ultrasonores(Rinco, Mécasonic, Stapla ) Ceux des fabricants de matériaux thermoplastiques (Dupont, Toman, Bayer, etc.) Laboratoire des procédés non conventionnels (ENSAM Paris) Quelques intégrateurs privés….


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