Découpe de matériaux par ultrasons

Le principe de la découpe par ultrasons est complètement différent des technologies traditionnelles de découpe de matériaux. Dans le premier cas on utilise énergie ultrasoniquequi ne nécessite pas d'affûter les tranchants de l'outil et d'appliquer des forces importantes.

Contrairement à la découpe mécanique, la découpe par ultrasons n'a pas de copeaux, pas de bruit, pas de bords brûlés comme le laser ou un autre traitement thermique, pas de fumées ou de gaz. Par rapport à la découpe au jet d'eau, il n'y a pas de pénétration d'humidité dans le matériau. En termes de coûts de coupe, la découpe par ultrasons est une alternative à la découpe au laser et à l'eau.

La pointe de coupe vibre par ultrasons, ce qui provoque très peu de frottement et le matériau de coupe ne colle pas, ce qui est particulièrement important pour les matériaux visqueux et élastiques, les aliments surgelés, le caoutchouc et d'autres matériaux qui ne peuvent pas être coupés sous pression.

Les ondes ultrasonores ne peuvent pas être entendues par les humains. Le couteau de coupe à ultrasons vibre avec une amplitude de 10 à 70 µm dans le sens longitudinal. La vibration est microscopique, donc on ne la voit pas. Le mouvement est répété 20 000 à 40 000 fois par seconde (fréquence 20 à 40 kHz).

Les appareils à ultrasons avec une fréquence plus basse ont plus de poids et plus de puissance de sortie. Des amplitudes plus élevées peuvent également être obtenues à des fréquences plus basses. Les machines avec une fréquence de 20 kHz sont plus adaptées à la découpe de matériaux épais et résistants.

L'inconvénient de tels dispositifs est que la fréquence des ultrasons est proche de la plage audible et que des mesures de réduction du bruit peuvent être nécessaires pendant le fonctionnement.

Les appareils 35 kHz sont plus adaptés aux matériaux plus fins tels que les feuilles, le similicuir et les textiles, ainsi qu'au traitement de formes complexes. Dans le même temps, les machines sont silencieuses en fonctionnement.

Exemples d'application pour la découpe par ultrasons

Les appareils de découpe à ultrasons se composent d'un transducteur à ultrasons, d'une pointe de moyeu, d'un couteau et d'une alimentation électrique. Un transducteur à ultrasons est utilisé pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique (ultrasonique).

Actuellement, l'électrostriction est utilisée presque universellement - l'effet est le contraire piézoélectrique… Cela signifie qu'une tension électrique alternative est appliquée au transducteur sur une plaque de céramique ou de quartz qui génère des ultrasons. Le concentrateur acoustique augmente l'amplitude des vibrations sortantes dans la zone de coupe.

Le matériau est ramolli et coupé par l'énergie ultrasonique, et la lame du couteau joue simplement le rôle de positionner la coupe et de produire de l'énergie ultrasonique. Les forces de coupe sont réduites d'environ 75 % et la productivité du processus de coupe est considérablement augmentée par rapport aux autres méthodes de coupe.

Des abrasifs peuvent être utilisés pour augmenter l'efficacité de coupe.

Machines de découpe à ultrasons

La vitesse de coupe dépend du matériau traité et est généralement déterminée par le rapport : V = 4 * X * e, où X est l'amplitude de vibration maximale, m, e est la fréquence ultrasonore, Hz.

Ainsi, avec une amplitude de 12 microns et une fréquence de 35 kHz, la vitesse de coupe sera de : 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m/s.

Comme on le sait d'autres technologies (par exemple, dans la coupe mécanique), avec une augmentation de la vitesse de coupe, non seulement les forces de coupe, mais aussi l'usure de la lame de l'outil de coupe diminuent.Par conséquent, les lames en carbure sont également recommandées pour découpe par ultrasons. La durabilité des lames en métal au carbure peut atteindre 20 000 m ou plus.

Appareil de découpe à ultrasons portatif

La découpe par ultrasons convient aux matériaux tels que le caoutchouc, le PVC, les circuits imprimés, les films, les composites, les plastiques, toutes sortes de papiers, les tissus, les tapis, le cuir, les aliments (viande congelée, bonbons, pain, chocolat, etc.), les films minces et des matériaux en nid d'abeille, pour nettoyer les fossiles, pour enlever la rouille et la peinture, pour la gravure et la sculpture sur métal, pour le marquage du métal.

La découpe par ultrasons peut être effectuée à la fois en mode manuel et à l'aide d'installations automatisées et de robots. Il existe également des modèles pour la découpe 3D des matériaux apicoles.