Les ultrasons de puissance Théorie et technologie (Introduction) Présentation des ultrasons
Un domaine de spécialistes Tryphon Tournesol HighTaiX Et quelques autres… Présentation des ultrasons
Présentation des ultrasons Sommaire Quelques principes théoriques Technologie des ultrasons de puissance Les applications industrielles Le marché et ses acteurs Présentation des ultrasons
Quelques principes théoriques Ultrasons: ondes de 20.000 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
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
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
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
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
L’amplification ultrasonore Modélisation sous nastran En vert : amplitude d’excitation En rouge : amplitude résultante En noir : nœud de vibration Présentation des ultrasons
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
Exemple de chaîne ultrasonore Excitation électrique Convertisseur Booster Sonotrode Présentation des ultrasons
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
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 ea/2 Présentation des ultrasons
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
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
Exemple de soudage à poste fixe Toutes coques thermoplastiques Étanchéité maîtrisée Autres exemples: projecteurs et tableaux de bord automobile Présentation des ultrasons
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
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
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
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
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
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
Exemples de soudage métalliques Protections intérieures de four en aluminium Soudage par points Panneaux solaires Soudage en continu Cuivre/cuivre Présentation des ultrasons
Présentation des ultrasons Les acteurs du marché Les fournisseurs de chaînes ultrasonores Les intégrateurs d’applications Les laboratoires de recherche Présentation des ultrasons
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
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
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