Les ultrasons de puissance

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

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

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

4 Quelques principes théoriques
Ultrasons: ondes de à 1010 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 ) Présentation des ultrasons

5 Présentation des ultrasons
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 Présentation des ultrasons

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

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

8 L’amplification ultrasonore
V1 V2 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 Présentation des ultrasons

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

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

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

12 Présentation des ultrasons
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 Présentation des ultrasons

13 Présentation des ultrasons
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 a/2 e sonotrode enclume ea/2 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 Présentation des ultrasons

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

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

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

22 Présentation des ultrasons
Soudage des métaux enclume métaux sonotrode 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. Présentation des ultrasons

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

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