I. Introduction à la mousse de polyuréthane 3M™ et à ses propriétés.
Les produits en mousse de polyuréthane micro cellulaire 3M™ sont constitués d'une mousse de PU micro cellulaire thermo durcie, avec ou sans support adhésif. Ces produits présentent un bon amortissement, une bonne étanchéité et un bon contrôle des vibrations grâce à des propriétés de compression rémanente très faibles. Cependant, la structure à cellules ouvertes permet aux gaz et aux vapeurs de traverser le matériau. Lorsqu'il est doublé d'adhésifs 3M™, ce produit offre une pégosité initiale élevée et une excellente résistance au cisaillement sur une large plage de températures.
Ces mousses ont été conçues pour une application de joint et d'étanchéité haute performance, mais trouvent également des applications dans les industries automobile, aérospatiale, électronique et médicale à des fins d'amortissement du bruit et de contrôle des vibrations.
La mousse de polyuréthane 3M™ est produite en densités de 240 kg/m3 (15 lb/pi3) et 320 kg/m3 (20 lb/pi3) et en épaisseurs de 1,59 mm (0,0625 po) à 12,7 mm (0,5 po). Elle est disponible sans adhésif ou avec une variété d'épaisseurs d'adhésif, de supports et de doublures. Toutes les mousses PU 3M™ sont de couleur noire.
II. Mousse de polyuréthane 3M™ et technologie DLMPTM
Une densité relativement faible et une chimie thermodurcissable sont les facteurs clés qui rendent la mousse de polyuréthane 3M™ facile à traiter avec la technologie DLMPTM (Digital Laser Material Processing). La manière dont cette propriété influence les résultats du DLMP est examinée en détail dans les sections suivantes.
L'effet le plus utile de l'énergie laser avec la mousse de polyuréthane 3M™ est l'ablation du matériau. Le diagramme ci-dessous illustre les effets et les processus possibles basés sur l'interaction unique entre l'énergie laser et la mousse de polyuréthane 3M™. Dans le cas de la mousse de polyuréthane 3M™, les processus de découpe laser et de gravure laser s'appliquent. Chacun de ces processus est abordé dans sa section respective ci-dessous.
Illustration 1 : La dérivation des processus laser à partir des interactions énergétiques laser-matériau.
Ablation de matériau
L'ablation de matériau est un processus physique qui élimine le matériau. Le matériau est enlevé complètement de la surface supérieure à la surface inférieure ou partiellement de la surface supérieure du matériau jusqu'à une profondeur spécifiée.
Le polyuréthane est un excellent absorbeur de l'énergie du laser CO2 (longueur d'onde = 10,6 µm). Lorsque le polyuréthane absorbe l'énergie laser, il convertit rapidement l'énergie optique en vibrations moléculaires (chaleur). Comme ce type de polyuréthane est un thermodurcissable, une chaleur suffisante entraîne une décomposition chimique rapide. Le matériau situé directement dans la trajectoire du laser est proprement éliminé par ablation en vapeur et en fines particules.
Pour ces raisons, les lasers CO2 sont couramment utilisés pour l'ablation laser de la mousse de polyuréthane. Le matériau situé juste à l'extérieur du spot ou de la trajectoire du laser conduit un peu de chaleur, mais pas suffisamment pour une ablation complète et approfondie. Cette zone d'effet thermique est souvent appelée zone affectée par la chaleur ou ZAC. Dans le cas de la mousse de polyuréthane 3M™, pratiquement aucune ZAC n'est créée car la structure de la mousse de faible densité ne nécessite pas de fortes charges thermiques pour couper ou graver. De plus, le polymère est un thermodurcissable, il peut donc résister à la chaleur sans fondre.
Découpe au laser
La découpe au laser consiste à enlever et à séparer complètement le matériau de la surface supérieure à la surface inférieure le long d'un trajet désigné.
En raison de sa température de service élevée et de sa faible densité, la mousse de polyuréthane 3M™ s'ablate proprement du matériau en vrac. Les bords qui résultent de la découpe laser sont lisses et exempts de toute décoloration parfois associée aux processus thermiques. L'illustration 2 en est la preuve avec une forme de diamant de 6,35 mm d'épaisseur découpée au laser dans de la mousse de polyuréthane 3M™. La découpe au laser de ce produit engendre très peu de débris et peut être utilisée telle quelle dans la plupart des cas. Pour les sections plus épaisses, un chiffon humide peut être utilisé pour essuyer les éventuels solides.
llustration 2 : Forme de diamant de 6,35 mm d'épaisseur découpée au laser dans de la mousse de polyuréthane 3M™.
L'échantillon mesure 127 x 76 mm (5 x 3 pouces).
La capacité de base illustrée ci-dessus peut être étendue à presque toutes les formes, même les coupes complexes et rapprochées.
Lorsqu'elle est utilisée avec un revêtement adhésif, la découpe par biseau est également possible. La découpe par biseautage est un type de découpe sélective qui consiste à enlever la couche supérieure du matériau, mais à laisser la couche inférieure intacte. Cela est possible parce que le laser peut être modulé avec précision sur l'ensemble de la zone de travail. La découpe par biseautage est souvent utilisée pour créer des languettes avec le revêtement, de sorte qu'il puisse être facilement décollé et que la pièce puisse être appliquée facilement. L'illustration 3 montre un exemple de découpe par biseau pour créer une languette sur le liner adhésif de la mousse de polyuréthane 3M™.
Illustration 3 : Découpage par biseautage .......
Gravure au laser
La gravure au laser est le processus par lequel le matériau est enlevé de la surface supérieure jusqu'à une profondeur spécifiée. Cela est possible grâce à un contrôle étroit de la modulation du laser. En faisant varier continuellement la puissance du laser, la gravure au laser peut être utilisée pour les textures, les photographies et les informations, comme du texte et des chiffres. L'illustration 4 montre comment l'énergie du laser peut être contrôlée pour enlever le matériau à une profondeur contrôlée. La mousse de polyuréthane 3M™ peut être gravée proprement sans décoloration ni fusion pour les mêmes raisons qu'elle peut être découpée proprement.
Illustration 4 : Un canal de 3,9 x 2,4 pouces (99 x 61 mm) créé par gravure laser
Marquage au laser (profondeur)
Lorsque l'énergie laser est utilisée pour produire une identification ou des informations lisibles par l'homme et/ou la machine sur un matériau, comme un code-barres, un code de date/lot, un numéro de série ou un numéro de pièce, le processus est considéré comme un marquage laser avec profondeur ou un marquage laser en profondeur, bien qu'il s'agisse essentiellement d'une gravure dans le matériau. L'illustration 5 montre un numéro de série sur une mousse de polyuréthane 3M™ utilisant le marquage laser en profondeur.
Illustration 5 : Numéro de série, taille de police 24 appliquée à la mousse de polyuréthane 3M™ à l'aide du marquage laser en profondeur.
Procédés combinés
Plusieurs procédés peuvent être appliqués à la mousse de polyuréthane 3M™ sans avoir à déplacer ou à refixer le matériau. L'image ci-dessous montre comment les processus peuvent être combinés pour découper ce matériau à partir d'une feuille, graver une forme de diamant dans le matériau et graver un numéro de série.
Illustration 6 : Un diamant de 127 x 76 mm (5 x 3 pouces) découpé au laser de 6,35 mm (0,25 pouce) avec un canal gravé à une profondeur de 2,0 mm (0,08 pouce) et un numéro de série de taille de police 24 marqué dans la mousse de polyuréthane 3M™.
III. Considérations relatives à l'environnement, à la santé et à la sécurité
Les interactions entre matériaux laser créent presque toujours des effluents gazeux et/ou des particules. Ce produit étant basé sur un polymère thermo durci, le matériau se dégrade chimiquement en carbamate de méthyle plutôt que de fondre ou de bouillir. Des effluents en phase gazeuse sont également générés et la plupart sont constitués de monoxyde de carbone. Ces gaz et particules doivent être acheminés vers un environnement extérieur, conformément aux réglementations gouvernementales. Il est également possible de traiter l'effluent à l'aide d'un système de filtration avant de l'acheminer vers un environnement extérieur. Certains matériaux ont tendance à générer des sous-produits inflammables pendant le traitement au laser. Par conséquent, le traitement au laser doit toujours être supervisé.
IV. Conclusion
La DLMP a été démontrée comme une solution viable pour le traitement de la mousse de polyuréthane 3M™. En sélectionnant le type de laser approprié et en contrôlant soigneusement le faisceau laser, la mousse de polyuréthane 3M™ peut être découpée et gravée au laser. Ces procédés peuvent être appliqués individuellement ou en combinaison.
Les capacités uniques de DLMP combinées aux qualités de la mousse de polyuréthane 3M™ créent de nouvelles opportunités de conception et de fabrication.
Traduit de l'anglais depuis https://www.ulsinc.com/materials/3m-microcellular-polyurethane-foam
