LE SOUDAGE LASER DES POLYMERES Thermoplastiques - élastomères thermoplastiques - composites thermoplastiques

SCHLOESSER PRODEIL Soudure propre des thermoplastiques Laser – Gaz chauds tél : 03 88 70 58 91 port : 06 16 76 40 51 1 rue des Seigneurs F-67270 GOUGENHEIM s.schloesser@schloesser-prodeil.fr www.schloesser-prodeil.fr

Principe de soudure laser par transparence

pièce transparente pièce absorbante

fusion

rayon laser force d’appui

cordon de soudure

• Le rayon laser traverse, sans effet, la pièce dite « transparente » • Forte absorption surfacique du rayon par la pièce dite « absorbante » Fusion surfacique instantanée • La fusion se propage par conduction à la pièce « transparente » • La combinaison température + pression, assure une fusion homogène des deux matériaux • Refroidissement instantané

Avantages pour l’assemblage

• Résistance mécanique optimale ( = matériau de base ) • Etanchéité totale aux liquides et gaz • Pas de pollution par particules, poussières ou vapeurs • Pas de bavures • Aspect esthétique parfait

• Maîtrise parfaite de la cote d’assemblage • Maîtrise parfaite du volume de fusion

• Contraintes mécaniques et thermiques du fait de la soudure négligeables • Soudage de matériaux délicats : PEEK, POM, TPE…

Conditions matières nécessaires pour la soudure :

Avantages pour l’assemblage

La (les) matière(s) ou pièce(s) doivent : • Être compatibles chimiquement (composition) et physiquement (t° de fusion) • Présenter des caractéristiques optiques compatibles avec le laser • Respecter un design spécifique dans la zone d’assemblage

Soudabilité en fonction de la teinte

COMBINAISON PARTICULIERES : • Noir/noir : pigmentation spéciale non absorbante pour la pièce transparente (LUMOGEN, Black BASF…) • Transparent/transparent : via catalyseur type Clearweld de GENTEX • Autres couleurs avec pigments spécifiques

Matériaux soudables

• Thermoplastiques similaires : ABS, COC, PA, PBT, PC, PE, PMMA, PP, PS, SAN, POM, PEEK, PET, PBT, TPU…

• Thermoplastiques dissemblables (compatibilité chimique et t° de fusion) : PMMA-ABS ; ABS-PC ; ABS-SB ; ABS-SAN ; ABS-PC+ABS ; ABS-ABS+PA ; PMMA-PC ; PMMA-SAN ; PC-PC+ABS ; PC-PC+PBT ; PC-PBT ; PBT-PBT+PET ; PA-PPE+PA…

• Élastomères thermoplastiques (souples) : TPE entre-eux, ou avec des thermoplastiques rigides : PC-(TPE-U) ; PA6-(TPE-U) ; PA66-(TPE-U) ; PP-(TPE-V) ; PP-(TPE-S) ; PE-(TPE-U) ; POM-(TPE-U) ; ABS-(TPE-U) ; PSU-(TPE-V) ; PBT-(TPE-U) ; SAN-(TPE-U)…

Différents modes de soudage

Soudage de contour Soudage quasi-simultané Soudage simultané

Soudage radial simultané Soudage au masque Soudage Globo

• Fusion directe et confinée de 2 pièces • Couple de pièces transparente/absorbante

Soudure par transparence

Différentes mises en œuvre du laser

Soudure indirecte de films transparents minces.

Soudure composites, fibres de carbone, fibres de verre, à matrice thermoplastique

PA ou PEEK

Fusion surfacique directe

Fusion par conduction

Différentes mises en œuvre du laser

Différentes mises en œuvre du laser

Bouterollage

• Assemblage de pièces non soudables, thermoplastiques/métal ou thermoplastiques non compatibles • Fusion et formage d’un fût, directe pour matière absorbante ou indirecte pour matière non absorbante

Incrustation

• Migration thermoplastiques dans les porosités du support

Soudure laser thermoplastiques similaires

PA noir/PA noir PC/PC PA/PA

PA6 FV30/PA6 FV30 ABS/ABS PA66 FV30/PA66 FV30

Soudure laser thermoplastiques dissemblables

PC noir/PBT FV30 noir PMMA/PC noir

ABS/PMMA PC/ABS

Soudure laser élastomères thermoplastiques

TPE/PSU TPE/HDPE TPE/PBT

TPE/PE

Soudure laser films transparents

PS/PS

PC/PC

Soudure laser composites thermoplastiques

Objectif de réduction de poids dans l’aéronautique et l’automobile • Passage progressif du métal au plastique, besoin éventuel de soudure • Passage du métal aux composites : matrices thermoplastiques ou résines thermodurcissables ? Actuellement : domination du thermodurcissable avec assemblage adhésif ou mécanique Futur : soudure laser (ou autre) de bandes, couches ou fibres Challenge : mise en œuvre de fibre enduites d’une mince couche de polymère

Raidisseurs

Soudure laser tissus techniques

Soudure de textiles flexibles et membranes fines :

Soudure laser tissus techniques

Machines de « couture » laser : Remplacement de la sonotrode ultrasons US par une tête laser à rouleau

Jaquette isolante avec insertion d’alvéoles d’air

Soudure laser tissus techniques

Fermetures éclair : • « Couture » étanche sans nécessité de traitement des trous (la bande utilisée en US n’est plus nécessaire) • Soudure laser avec bille ou rouleau

Soudure/laminage laser tissus techniques

Membrane fine 5 à 20 µm laminée sur couche textile : • Collage Hot-Melt réduit la surface active, donc la performance d’échange (aération) • Application : Domaine sportif et activités extérieures

RET : Classe de respirabilité des matériaux (plus le coefficient est faible, meilleures sont les performances)

Soudure/laminage laser tissu technique médical

Liaison métal/thermoplastique : incrustation (soudure hybride)

Objectifs : Assemblage de matériaux différents Solutions traditionnelles : mécanique, collage, surmoulage, … Solution laser : échauffement surface métallique, fusion du thermoplastique, sous l’effet de la pression incrustation du thermoplastique dans les porosités du métal Nécessite des puissances laser importantes LEISTER : • Développe son savoir-faire dans le domaine • EU-Projet HYBRIDIO (2013-2016)

Liaison métal/thermoplastique : incrustation (soudure hybride)

Pour une liaison durable : • Structuration de la surface métallique avec de préférence des micros contre-dépouilles Points ouverts : • Puissance laser fonction des matériaux et des épaisseurs • Résistance (traction, cisaillement) fonction de la rugosité • Étanchéité, tenue aux tests climatiques ?

Applications : • Automobile • Electronique • Médical • Aéronautique

Soudure laser matériaux transparents

Absorption intrinsèque du matériaux (état R&D) Laser de grande longueur d’ondes 1,5 à 2,1 µm : • Absorption volumique de rayonnements infrarouges • Focalisation très précise à la zone de fusion • Longueur d’onde laser fonction du matériaux • Utilisation de laser a fibre très coûteux

Merci pour votre attention