Le dispositif de sciage par fil comprend entre autres au moins deux nappes de fils susceptibles de se déplacer selon un mouvement continu ou alternatif en appui contre une pièce à scier définissant ainsi une zone de sciage. La zone de sciage est constituée d'un ensemble de cylindres placés parallèlement deux à deux. Ces cylindres, appelés guide-fils, sont gravés avec des gorges définissant l'intervalle entre les fils de la nappe, soit les dimensions de la section des prismes. La pièce à scier est fixée sur une table support qui se déplace perpendiculairement ou non aux nappes de fils. La vitesse de déplacement défini la vitesse de coupe. Le renouvellement du fil ainsi que le contrôle de sa tension se fait dans une partie appelée zone de gestion du fil située en dehors de la zone de sciage proprement dite.
L'agent qui régira la découpe est soit un abrasif fixé sur le fil, soit un abrasif libre amené sous forme de barbotine. Le fil constituant les nappes de fils n'agit que comme transporteur.
Lors de la découpe de pièces prismatiques à partir de blocs de matériaux durs, les techniques couramment utilisées sont généralement des trains de disques diamantés montés sur un axe. Ces disques ont une épaisseur importante de plusieurs millimètres dans certain cas pour assurer une certaine rigidité de l'ensemble. Cette épaisseur a comme conséquence naturelle de provoquer une importante perte de matière souvent chère ce qui diminue la rentabilité du procédé. De plus, il n'est pas possible de découper simultanément les différentes faces du prisme. Une opération de retournement des pièces est nécessaire. De plus, la grande quantité de matière enlevée provoque un échauffement qui peut induire dans des matériaux sensibles des défauts de surfaces importants.
Lors de la découpe en prismes de la pièce à scier par des nappes de fils croisées, le fil tendu est à la fois guidé et tracté par les cylindres guide-fils qui peuvent être motorisés ou non. Ces cylindres guide-fils généralement revêtus d'une couche synthétique sont gravés avec des gorges dont la géométrie et les dimensions doivent être d'une grande précision. Le fil est enroulé en spirale autour de deux ou plus cylindres guide-fils et forment entre deux cylindres guide-fils une nappe de fils parallèles dont la distance entre deux fils consécutifs fixe l'une des dimensions des prismes. En raison de l'enroulement en spirale, tous les fils de la nappe se déplacent parallèlement.
Pour fixer l'autre dimension des prismes une deuxième nappe de fils parallèles superposée à la première mais dont la direction fait un angle avec celle-ci générant ainsi un réseau maillé. Un prisme sera donc produit par chaque maillé. On peut utiliser une troisième nappe superposée aux deux premières si la forme des prismes est triangulaire. Cette méthode permet de découper simultanément un grand nombre de pièces prismatiques en une seule opération.
Le but de l'invention consiste donc à remédier aux inconvénients précités des technologies actuelles en permettant au dispositif de sciage par fil, de par le concept de nappes de fils croisées, l'obtention de pièces prismatiques en une seule opération en diminuant les défauts de surface dus à la découpe et en minimisant de manière importante les pertes de matière dues à cette même découpe. Le dispositif de sciage ainsi réalisé améliore la productivité de l'opération.
L'utilisation du concept de nappes de fils croisées permet donc de réaliser un dispositif de sciage par fil performant ayant une productivité élevée, une précision moyenne accrue par la diminution des défauts géométriques et la diminution des tensions internes dans la pièce à scier (souvent d'un matériau très sensible aux efforts extérieurs) en cours de sciage. Les figures annexées illustrent schématiquement et à titre d'exemple des dispositifs en accord avec la présente invention.
La fig. 1 illustre en perspective le principe de la présente invention. La pièce à scier 1 est mise en appui contre les nappes de fils croisées 2 supportées par les cylindres guide-fils 4. La table support 3 sur laquelle est fixée la pièce à scier 1 se déplace selon la direction 5. Les pièces prismatiques 6 sont générées par les mailles 7 formées par le croisement des nappes 2.
La fig. 2 illustre en perspective plusieurs types de croisements possibles.
La fig. 2a représente en perspective le croisement multiple de trois nappes de fils 2 formant des mailles triangulaires 7 permettant de générer des pièces prismatiques de même forme. Les trois nappes de fils 2 sont tendues chacune entre deux cylindres guide-fils 4 répartis autour de la zone de croisement.
La fig. 2b représente en perspective le croisement avec angle alpha de 90 DEG de deux nappes de fils 2 formant des mailles rectangulaires 7 permettant de générer des pièces prismatiques de même forme.
La fig. 2b représente en perspective le croisement avec angle alpha différent de 90 DEG de deux nappes de fils 2 formant des mailles en forme de losange 7 permettant de générer des pièces prismatiques de même forme.
La fig. 3 représente en perspective la position inclinée d'une des nappes de fils 2 qu'il peut être avantageux d'avoir lors de la découpe de pièces longues en planches 8 par exemple. L'inclinaison de la nappe de fils 2 permet de dégager le passage de la pièce longue 1 ainsi que de la table support 3.
La fig. 4 représente en perspective la position inclinée des deux nappes de fils 2 croisées qu'il peut être avantageux d'avoir lors de la découpe de pièces longues en prismes 6 par exemple. L'inclinaison des nappes de fils 2 permet de dégager le passage de la pièce longue 1 ainsi que de la table support 3.
La fig. 5 représente en perspective une autre manière de réaliser des nappes de fils croisées 2 en remplaçant les cylindres guide-fils par un train de poulies 9.
La fig. 6 représente en perspective une autre possibilité d'utiliser des poulies 9 en les plaçant horizontalement. Le chemin de fil 10 permet également la réalisation de nappes croisées 2.
Le fil de sciage formant les nappes croisées de fils 2 entre les cylindres guide-fils 4 ou poulies 9 est constitué d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mm afin de scier des blocs de matériaux durs ou exotiques (tels que silicium, céramique, composés III-V, GGG, saphir, etc.) en prismes 6 dont les dimensions ne sont limitées que par les dimensions du dispositif de sciage. Toutefois pour la fabrication d'amorce de tirage, celles-ci vont de quelques millimètres à quelques centimètres alors que la découpe en brique de lingots de silicium moulés, nécessitera des prismes de 10 a 20 cm d'arête. D'autres applications peuvent requérir des dimensions plus grandes ou plus petites que celles citées ci-dessus.
L'agent abrasif est un produit du commerce et peut être du diamant, du carbure de silicium, de l'alumine, etc., sous forme fixée au fil ou sous forme libre en barbotine. Les prismes ainsi réalisés peuvent être par exemple des briques de section carrée découpées dans des blocs de silicium fondu pour utilisation photovoltaïque. Ils peuvent également être des tiges de silicium employées comme surface de dépôts lors de la fabrication de silicium pure par craquage. On peut également découper des prismes 9 employés comme amorce lors de tirage de monocristaux. Naturellement il est également possible de découper simultanément des prismes de dimension variables en jouant sur l'espace des fils de la nappe.
Le concept de nappes de fils croisées 2 intégré au dispositif de sciage par fil permet de réaliser un ensemble plus performant produisant des pièces prismatiques 6 de meilleure qualité ayant une surface pratiquement exempte de défauts avec en plus une très faible perte de matière en raison du diamètre très petit du fil. Le dispositif ainsi obtenu augmente la productivité tout en diminuant les coûts d'exploitation.
Naturellement la réalisation d'autres croisements de nappes de fils 2 peut être envisagé avec d'autres éléments que des cylindres guide-fils 4. Suivant la dimension des prismes 6 des poulies peuvent suffire. Une combinaison de poulies 9 et de guide-fils 4 peut également être envisagée et satisfaire au but de l'invention.
The wire sawing device comprises inter alia at least two plies of wires capable of moving in a continuous or reciprocating movement pressing against a workpiece thus defining a sawing zone. The sawing area is made up of a set of cylinders placed parallel in pairs. These cylinders, called wire guides, are engraved with grooves defining the interval between the wires of the sheet, ie the dimensions of the section of the prisms. The workpiece is fixed on a support table which moves perpendicular or not to the wire layers. The moving speed defines the cutting speed. The renewal of the wire as well as the control of its tension is done in a part called zone of management of the wire located outside the sawing zone proper.
The agent which will govern the cutting is either an abrasive fixed on the wire, or a free abrasive brought in the form of slip. The wire constituting the layers of son acts only as a conveyor.
When cutting prismatic parts from blocks of hard materials, the techniques commonly used are generally trains of diamond discs mounted on an axis. These discs have a significant thickness of several millimeters in certain cases to ensure a certain rigidity of the assembly. This thickness has the natural consequence of causing a large loss of often expensive material which decreases the profitability of the process. In addition, it is not possible to cut out the different faces of the prism simultaneously. A parts turning operation is necessary. In addition, the large amount of material removed causes heating which can induce significant surface defects in sensitive materials.
When cutting into prisms of the workpiece to be cut by crossed wire plies, the tensioned wire is both guided and pulled by the wire guide cylinders which may or may not be motorized. These wire guide cylinders generally coated with a synthetic layer are engraved with grooves whose geometry and dimensions must be of great precision. The wire is wound in a spiral around two or more wire guide cylinders and form between two wire guide cylinders a sheet of parallel wires whose distance between two consecutive wires fixes one of the dimensions of the prisms. Due to the spiral winding, all the wires in the tablecloth move in parallel.
To fix the other dimension of the prisms a second layer of parallel wires superimposed on the first but whose direction makes an angle with the latter thus generating a mesh network. A prism will therefore be produced by each mesh. You can use a third layer superimposed on the first two if the shape of the prisms is triangular. This method allows a large number of prismatic parts to be cut simultaneously in a single operation.
The object of the invention therefore consists in remedying the aforementioned drawbacks of current technologies by allowing the wire sawing device, by the concept of crossed wire plies, to obtain prismatic parts in a single operation by reducing the defects of surface due to cutting and significantly minimizing material losses due to this same cutting. The sawing device thus produced improves the productivity of the operation.
The use of the concept of crossed wire plies therefore makes it possible to produce an efficient wire sawing device having high productivity, increased average precision by reducing geometric defects and reducing internal stresses in the workpiece (often d '' a material very sensitive to external forces) during sawing. The appended figures illustrate schematically and by way of example devices in accordance with the present invention.
Fig. 1 illustrates in perspective the principle of the present invention. The workpiece 1 is pressed against the crossed wire plies 2 supported by the wire guide cylinders 4. The support table 3 on which the workpiece 1 is fixed moves in the direction 5. The prismatic parts 6 are generated by the meshes 7 formed by the crossing of the layers 2.
Fig. 2 illustrates in perspective several types of possible crossings.
Fig. 2a shows in perspective the multiple crossing of three layers of wires 2 forming triangular meshes 7 making it possible to generate prismatic parts of the same shape. The three layers of wires 2 are each stretched between two wire guide cylinders 4 distributed around the crossing zone.
Fig. 2b represents in perspective the crossing with angle alpha of 90 DEG of two plies of wires 2 forming rectangular meshes 7 making it possible to generate prismatic pieces of the same shape.
Fig. 2b shows in perspective the crossing with angle alpha different from 90 DEG of two plies of wires 2 forming diamond-shaped meshes 7 making it possible to generate prismatic pieces of the same shape.
Fig. 3 shows in perspective the inclined position of one of the plies of son 2 which it may be advantageous to have when cutting long pieces of boards 8 for example. The inclination of the ply of wires 2 allows the passage of the long piece 1 as well as of the support table 3 to be cleared.
Fig. 4 shows in perspective the inclined position of the two plies of crossed wires 2 which it may be advantageous to have when cutting long pieces into prisms 6 for example. The inclination of the plies of wires 2 allows the passage of the long piece 1 as well as of the support table 3 to be cleared.
Fig. 5 shows in perspective another way of making plies of crossed wires 2 by replacing the wire guide cylinders with a train of pulleys 9.
Fig. 6 shows in perspective another possibility of using pulleys 9 by placing them horizontally. The wire path 10 also allows the production of crossed plies 2.
The saw wire forming the crossed plies of wires 2 between the wire guide cylinders 4 or pulleys 9 is made of spring steel with a diameter between 0.1 and 0.2 mm in order to saw blocks of hard materials or exotic (such as silicon, ceramic, III-V compounds, GGG, sapphire, etc.) in prisms 6 whose dimensions are only limited by the dimensions of the sawing device. However, for the manufacture of a primer, these range from a few millimeters to a few centimeters, while cutting out brick ingots of molded silicon ingots will require prisms 10 to 20 cm in edge. Other applications may require larger or smaller dimensions than those mentioned above.
The abrasive agent is a commercial product and can be diamond, silicon carbide, alumina, etc., in a form fixed to the wire or in free form in a slip. The prisms thus produced can be for example bricks of square section cut out of blocks of molten silicon for photovoltaic use. They can also be silicon rods used as a deposit surface during the production of pure silicon by cracking. We can also cut 9 prisms used as a primer when drawing single crystals. Naturally, it is also possible to simultaneously cut prisms of variable dimensions by playing on the space of the wires of the sheet.
The concept of crossed wire layers 2 integrated into the wire sawing device makes it possible to produce a more efficient assembly producing prismatic parts 6 of better quality having a surface practically free from defects with in addition a very low loss of material due to the diameter very small of the wire. The device thus obtained increases productivity while reducing operating costs.
Naturally the production of other crosses of plies of wires 2 can be envisaged with elements other than wire guide cylinders 4. Depending on the size of the prisms 6 of the pulleys may be sufficient. A combination of pulleys 9 and wire guides 4 can also be envisaged and satisfy the aim of the invention.