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