Les ultrasons de puissance

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. 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 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

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 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. Diagramme des mouvements Diagramme des amplitudes Diagramme des contraintes λ/4 λ/4 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 Présentation des ultrasons

8. A1 V1 V2 A2 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 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. Convertisseur Langevin ±9µm Booster Amplificateur ±18µm Sonotrode ±27µm La chaîne ultrasonore • 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. P sonotrode enclume 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 Présentation des ultrasons

13. sonotrode a/2 e a/2 enclume 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 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. Sonotrode Vecteur d’énergie Pièces Pièces Enclume 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. 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. Sonotrode Enclume de forme 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. Présentation des ultrasons

18. Coupe/soudage Soudage 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. sonotrode thermoplastique Tambour rotatif 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. Présentation des ultrasons

20. soudage coupe coupe/soudage 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. Soudage en continu Coupe soudage à poste fixe 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 Présentation des ultrasons

22. sonotrode métaux enclume 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. Présentation des ultrasons

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

24. 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