FR3000911A3 - Table destinee au traitement de materiaux transparents non metalliques par rayonnement laser - Google Patents

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Abstract

Le présent certificat d'utilité concerne un traitement par laser de matériaux transparents non métalliques, notamment pour éliminer des revêtements métalliques, par exemple des revêtements à faible émission et d'autres revêtements d'un verre. Une table destinée au traitement de matériaux transparents non métalliques par rayonnement laser comprend une surface de travail sur laquelle est disposée au moins une couche de couverture pour le positionnement du matériau traité, ladite au moins une couche de couverture étant constituée d'un matériau transparent au rayonnement laser dans la gamme de longueurs d'onde de 300 à 3000 nm et ledit matériau étant à base de mousse élastiquement souple ayant une structure à cellules fermées. L'effet technique est qu'au cours du traitement d'un matériau, par exemple de l'élimination d'un revêtement à faible émission d'un article de verre au moyen d'un faisceau laser focalisé passant à travers le volume de verre, le faisceau est diffusé en totalité ou en partie dans la couche de couverture jusqu'à une faible densité de puissance en W/cm2.

Description

TABLE DESTINÉE AU TRAITEMENT DE MATÉRIAUX TRANSPARENTS NON MÉTALLIQUES PAR RAYONNEMENT LASER Domaine technique Le présent certificat d'utilité concerne le traitement par laser de matériaux transparents non métalliques utilisés dans des produits structurels en verre conçus pour le transport, l'aviation, la construction, et également utilisés pour produire des verres blindés, des verres marins, etc. En particulier, le présent certificat d'utilité concerne une table destinée au traitement de matériaux transparents non métalliques par rayonnement laser, notamment pour éliminer des revêtements métalliques, par exemple des revêtements à faible émission, et d'autres revêtements, d'un verre.
Art antérieur Des structures de tables destinées au traitement de matériaux transparents non métalliques fragiles par rayonnement laser sont connues dans l'état de la technique. L'art antérieur le plus pertinent concerne un appareil divulgué dans le document EP1864950 A1, qui élimine un revêtement le long de bords périphériques d'une vitre. L'appareil comprend un banc comportant un matériau formant une couche de couverture permettant de positionner une feuille de verre devant être traitée de manière à ce que le revêtement à éliminer sur le verre soit tourné vers une tête laser qui élimine le revêtement de la surface de la feuille. Conformément à cette solution technique, l'énergie du faisceau laser est ajustée de manière à ne pas provoquer d'effet secondaire dans le verre ou dans la couche de couverture du banc sur laquelle est positionnée la feuille. L'art antérieur permet donc d'ajuster l'énergie du faisceau laser, mais la couche de couverture ne diffuse pas, en totalité ou en partie, le rayonnement laser, c'est-à-dire ne joue pas le rôle de couche de couverture diffusante non collante. Par conséquent, il n'est pas possible d'augmenter l'énergie du faisceau laser sans risquer d'endommager la couche de couverture.
Résumé du certificat d'utilité Le but du présent certificat d'utilité est de fournir une couche de couverture sur la surface d'une table pour permettre le traitement de matériaux transparents non métalliques (verre ayant un revêtement à faible émission) au moyen d'un rayonnement laser pulsé focalisé (ayant une longueur d'onde de 300 à 3000 nm) tout en évitant d'endommager la couche, la structure de la table et la surface de l'article de verre. Ce but est atteint par une table destinée au traitement de matériaux transparents non métalliques par rayonnement laser, comprenant un cadre sur lequel est formée une surface de travail, au moins une couche de couverture fixée à la surface de travail pour le positionnement du matériau traité, I'au moins une couche de couverture étant constituée d'un matériau transparent au rayonnement laser dans la gamme de longueurs d'onde de 300 à 3000 nm selon le type de laser utilisé pour le traitement et à base d'un matériau de mousse élastiquement souple ayant une structure à cellules fermées et des liaisons intermoléculaires fortes. L'effet technique conféré par cette combinaison de caractéristiques est qu'au cours du traitement d'un matériau, par exemple lors de l'élimination d'un revêtement à faible émission d'un article de verre au moyen d'un faisceau laser focalisé passant à travers le volume de verre, le faisceau est diffusé en totalité ou en partie dans la couche de couverture jusqu'à une faible densité de puissance en W/cm2. Par conséquent, la couche de couverture joue le rôle de couvercle diffusant non collant. Le terme de "structure à cellules fermées" tel qu'il est utilisé ici désigne une structure comportant des cellules qui sont entièrement entourées de matière plastique. Les matières plastiques cellulaires peuvent se présenter sous forme de deux structures de base : cellules fermées ou cellules ouvertes. Les matériaux à cellules fermées comportent des vides ou des cellules individuels qui sont entièrement entourés de matière plastique, et un transport de gaz s'effectue à travers les parois des cellules par diffusion (on se réfèrera à l'ouvrage Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites, de Charles A. Harper, The McGraw-Hill Companies, 2004, p. 87). La structure du matériau est déterminante pour la présente solution technique en raison du fait qu'en un sens physique, les cellules fermées remplies d'air sont des lentilles négatives d'indice de réfraction K=1, à la frontière desquelles, compte tenu du fait que le matériau de départ a un indice de réfraction K se situant dans la gamme d'environ 1,4 à 1,5, le rayonnement laser pulsé est réfracté et diffusé en totalité ou en partie selon l'épaisseur et l'indice de moussage du matériau. De plus, la structure à cellules fermées réticulée qui forme une ossature spatiale pleine comportant des liaisons intermoléculaires fortes assurant la résistance des parois cellulaires rend le matériau élastiquement souple. Le terme de "matériau élastiquement souple" tel qu'il est utilisé ici désigne un matériau qui reprend son état précédent après que des charges en ont été retirées. Un tel matériau présente généralement des liaisons intermoléculaires fortes, c'est-à-dire que les électrons externes des atomes du matériau forment des liaisons covalentes. On considère que la principale différence entre les liaisons fortes et les liaisons faibles est qu'il se produit des interactions covalentes lorsqu'un chevauchement notable est présent entre les nuages électroniques de sous-systèmes. Le terme de "matériaux non métalliques" désigne également de manière générale des matériaux comportant des liaisons covalentes, cela excluant la présence de gaz d'électrons dans le produit et par conséquent, qui fournissent peu de chaleur et qui ont des propriétés de conductivité électrique. Une autre distinction vis-à-vis des matériaux métalliques est la densité notablement plus faible des matériaux non métalliques. Par conséquent, la densité des matières plastiques est deux fois inférieure à celle de l'aluminium. Les matériaux non métalliques comprennent entre autres : des polymères organiqUes et inorganiques, divers types de matières plastiques, des matériaux composites sur base non métallique, des caoutchoucs, des adhésifs et des agents d'étanchéité, le graphite, des verres inorganiques, des céramiques. Le terme "transparent au rayonnement laser" est bien connu de l'homme du métier et signifie que le matériau présente une certaine transparence dans la gamme de longueurs d'onde correspondant au type de laser utilisé pour le traitement. Le terme de "matériau de mousse" désigne un matériau ayant une structure de mousse ou cellulaire obtenue par un procédé de moussage 3 5 quelconque, par exemple par ajout d'un agent de moussage à un polymère.
Un matériau de mousse élastiquement souple est de préférence réticulé physiquement ou chimiquement. Des processus de réticulation chimiques ou physiques sont également bien connus de l'homme du métier. Le terme "réticulé" désigne plus particulièrement des polymères dont toutes les chaînes sont liées les unes aux autres par des liaisons covalentes dans un réseau tridimensionnel (réticulé) (on se référera à l'ouvrage Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites, de Charles A. Harper, The McGraw-Hill Companies, 2004, p. 3). De plus, le matériau de mousse élastiquement souple présente de o préférence un indice de moussage de 5 à 35. "L'indice de moussage" est le rapport du volume de mousse initial au volume de l'agent gonflant consommé pour l'obtenir. La couche de couverture présente de préférence une contrainte résiduelle inférieure à 4 %, est non toxique dans la gamme de températures 15 de fonctionnement et n'émet pas de substances nocives pour l'être humain. Le matériau de mousse élastiquement souple de la couche de couverture a de préférence une densité de 20 à 200 kg/m3 et une contrainte résiduelle inférieure à 4 %. Un exemple du matériau de mousse élastiquement souple est le 20 Penolon. Il est préférable que la couche de couverture ait une épaisseur de 1 à 50 mm. Dans un mode de réalisation, la couche de couverture peut être renforcée par une feuille d'aluminium. 25 II est préférable que le matériau de ladite au moins une couche de couverture soit transparent à un rayonnement laser pulsé dans la gamme de longueurs d'onde de 1030 à 1120 nm, et le plus préférablement, de 1070 nm. La table présente de préférence la configuration d'un cadre sur lequel est formée une surface de travail et comporte de préférence un système 30 permettant de créer un effet de coussin d'air lorsque le matériau est positionné, le système comportant des orifices de sortie d'air dans la table. Brève description des dessins D'autres buts et avantages de la présente solution technique 35 ressortiront de la description détaillée présentée ci-après de modes de réalisation préférés, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement un système de traitement par laser dans lequel une table selon le présent certificat d'utilité peut être utilisée, et la figure 2 représente une vue agrandie d'un fragment d'une surface de support de la table comportant une couche de couverture selon le présent certificat d'utilité. Comme illustré sur la figure 1, un appareil destiné à traiter des matériaux transparents non métalliques par un rayonnement laser comprend une table 1 permettant de traiter les matériaux par rayonnement laser, qui comporte un cadre 2 (de préférence, une structure en acier résistant) sur lequel est formée une surface de travail sous la forme d'une plaque sensiblement rectangulaire. La surface de travail constitue le support permettant de déposer un matériau à traiter, par exemple une feuille de verre de laquelle un revêtement à faible émission doit être retiré. Comme le montre également la figure 1, l'appareil comprend un pont de découpe monté sur le cadre 2 parallèlement au côté court du cadre, qui est de préférence une structure en acier. Le pont de découpe peut être déplacé le long du côté long du cadre 2 et porte une tête de découpe au laser 3 pouvant être déplacée le long du pont au moyen d'un dispositif d'entraînement (non représenté). La tête de découpe au laser 3 peut donner lieu à divers modes de réalisation et comprend de préférence une lentille de focalisation et une unité de balayage ; dans ce cas, elle peut être soulevée et abaissée perpendiculairement à la surface de la table 1.
Le cadre 2 peut être muni de moyens (non représentés) permettant de déplacer le matériau traité (feuille de verre) avant et après le traitement (découpe) et de positionner le matériau sur la table 1. De plus, comme illustré sur la figure 2, le cadre 2 comporte une plaque supérieure 4 sur laquelle est disposée au moins une couche de couverture 5 permettant le positionnement du matériau. Dans un mode de réalisation, une feuille d'aluminium 6 est disposée en dessous de la couche de couverture 5. La plaque 4 peut également être apte à produire l'effet de coussin d'air. Dans ce cas, des orifices de sortie d'air 7 sont formés selon un certain 3 5 motif dans la plaque 4 pour de l'air comprimé fourni à ces orifices de sortie d'air, afin d'empêcher tout frottement entre la feuille de verre et la plaque 4 (notamment aux endroits où la plaque n'est pas recouverte par la couche de couverture 5) lorsque la feuille est positionnée. Conformément au présent, certificat d'utilité, ladite au moins une couche de couverture 5 est constituée d'un matériau qui est transparent au rayonnement laser dans la gamme de longueurs d'onde de 300-à 3000 nm selon le type de laser utilisé pour le traitement, et est à base d'un matériau de mousse élastiquement souple ayant une structure à cellules fermées et des liaisons intermoléculaires fortes. 10 Un exemple de ce matériau est le Penolon. Cependant, la classe de matières plastiques expansées utilisables est extrêmement étendue et on peut utiliser des matériaux quelconques ayant la même base (et produits sous d'autres noms et marques commerciales) à base de polyéthylène ou de copolymères expansés de celui-ci. 15 A titre d'exemple, le Penoizol (mousse de carbamide thermiquement isolante) est également un matériau prometteur. Ce matériau présente une faible conductivité thermique (inférieure à 0,04 W/mK), une faible densité (10 à 15 kg/m3), est facile à traiter, ignifuge, durable et résistant aux microorganismes et à la plupart des solvants organiques. 20 Une mousse de polyéthylène peut également être mentionnée parmi les polymères expansés d'isolation thermique. Une mousse de polyéthylène est un matériau élastique, souple, poreux et étanche à l'eau, chimiquement résistant et écologique. Ce groupe comprend également : le Teploy, le Vilaterm, le Penofleks, 25 le Stenofon, l'Azurizol. Tous ces matériaux sont des isolants thermiques. Un exemple de laser utilisé pour le traitement est un laser à fibre d'ytterbium ayant une longueur d'onde dans la gamme de 1030 à 1120 nm, une durée d'impulsion de 70 à 90 ns, une fréquence de répétition d'impulsions de 30 à 100 kHz, une puissance moyenne de 20 à 50 watts. Les 30 longueurs d'onde d'environ 1070 nm sont préférées car elles permettent une . _ meilleure absorption par le revêtement à faible émission et une faible absorption par le verre. On décrit ci-après un exemple d'utilisation de la présente table pour traiter des matériaux transparents non métalliques fragiles par rayonnement 3 5 laser.
L'exemple de traitement d'un matériau par rayonnement laser consiste à éliminer un revêtement à faible émission d'articles de verre au moyen d'un système de traitement par laser illustré sur la figure 1. Il est préférable que le processus comprenne la séquence d'étapes suivantes : en premier lieu, un article de verre à traiter est déposé de manière à ce que la couche à faible émission soit tournée vers le haut sur une couche de couverture 5 conforme à la présente solution technique ; la feuille est déplacée sur le coussin d'air (dans la couche d'air) et est positionnée par des butées ; un programme de traitement est ensuite activé pour actionner une tête laser 3 ; et un faisceau laser focalisé élimine le revêtement à faible émission (qui n'est pas transparent au rayonnement laser) de parties prédéterminées de la surface de verre.
Si nécessaire, avant le traitement, la feuille est scannée par un système de télévision (selon la complexité de la forme). La vitesse du faisceau laser est de préférence de 2 à 4000 mm/s avec une densité de puissance non inférieure à W = 30x103 W/mm2, et le diamètre du point chauffé est d'au moins 20 pm. La couche de couverture 5 peut résister à des conditions de chauffage encore plus "contraignantes", mais celles-ci ne sont pas appliquées dans le processus décrit car dans ce cas, l'article de verre traité serait fortement chauffé et des contraintes thermiques pourraient y apparaître, ce qui est inacceptable. Dans l'exemple ci-dessus, le produit obtenu est un verre ayant un revêtement dur (k) ou mou (i) à faible émission à faible émission sur lequel une couche métallisée ou un revêtement sont évaporés (obtenus par ablation) qui est exposé à un rayonnement laser pulsé focalisé afin de réaliser des découpes de traitement et d'éliminer entièrement le matériau de revêtement pour obtenir les conditions de chauffage requises pour l'article de verre. Après soudage de contacts électriques au début et à l'extrémité du trajet conducteur, un verre chauffé électriquement prêt à l'utilisation est ensuite produit, aux bornes duquel une tension est appliquée avec une puissance nominale correspondant à une température prédéterminée et à la superficie du verre.
3 5 En plus du chauffage électrique, le revêtement dur et mou est utilisé conformément à sa caractéristique principale, c'est-à-dire à des fins d'économie d'énergie, à savoir pour réfléchir les rayons infrarouges à l'intérieur et les rayons ultraviolets à l'extérieur, et ainsi réduire les pertes thermiques par temps froid et réduire la pénétration de la chaleur en excès s par temps plus chaud. L'élimination du revêtement à faible émission est effectuée sur les sites calculés par un programme spécialisé permettant la fabrication de produits de verre pour diverses applications, avec des paramètres de chauffage prédéfinis sur toute la surface de l'article de verre : pour les 10 optiques structurelles, l'automobile, l'aviation, les verres blindés ou les structures architecturales chauffées électriquement. Il apparaîtra clairement à l'homme du métier que ce certificat d'utilité n'est pas limité aux modes de réalisation présentés ci-dessus et qu'il peut être modifié dans le cadre des revendications présentées ci-après. Si 15 nécessaire, les caractéristiques distinctives ayant été décrites en association avec d'autres caractéristiques distinctives peuvent également être utilisées séparément.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Table destinée au traitement de matériaux transparents non métalliques par rayonnement laser, comprenant une surface de travail sur laquelle est disposée au moins une couche de couverture pour le positionnement du matériau traité, ladite au moins une couche de couverture étant constituée d'un matériau transparent au rayonnement laser dans la gamme de longueurs d'onde de 300 à 3000 nm et ledit matériau étant à base de mousse élastiquement souple ayant une 10 structure à cellules fermées.
  2. 2. Table selon la revendication 1, dans laquelle le matériau de ladite au moins une couche de couverture est transparent à un rayonnement laser pulsé à des longueurs d'onde se situant dans la gamme de 1030 15 à 1120 nm, et de préférence de 1070 nm.
  3. 3. Table selon la revendication 1, configurée sous la forme d'un cadre sur lequel est formée ladite surface de travail. 20
  4. 4. Table selon la revendication 1, dans laquelle le matériau de mousse élastiquement souple est réticulé physiquement ou chimiquement.
  5. 5. Table selon la revendication 1, dans laquelle ledit matériau de mousse élastiquement souple a un indice de moussage de 5 à 35. 25
  6. 6. Table selon la revendication 1, dans laquelle ledit matériau de mousse élastiquement souple a une densité de 20 à 200 kg/m3.
  7. 7. Table selon la revendication 1, dans laquelle le matériau de mousse 30 élastiquement souple a une contrainte résiduelle inférieure à 4%.
  8. 8. Table selon la revendication 1, dans laquelle le matériau de mousse élastiquement souple est le Penolon.
  9. 9. Table selon la revendication 1, dans laquelle la couche de couverture a une épaisseur de 1 à 50 mm.
  10. 10. Table selon la revendication 1, dans laquelle la couche de couverture s est renforcée par une feuille d'aluminium.
  11. 11.Table selon la revendication 1, comprenant un système destiné à produire un effet de coussin d'air lorsque le matériau traité est positionné, le système comportant des orifices de sortie d'air dans la 10 table.
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