月: 2023年8月

Qu’est-ce qu’un appareil de mesure de contraintes ?

Les appareils de mesure de contraintes sont des dispositifs utilisés pour déterminer les contraintes appliquées à un matériau. Il en existe plusieurs types, divisées en fonction de leur objectif. Cependant, cette section décrit les appareils de mesure des contraintes en général.

Les contraintes peuvent être soit de compression, soit de traction. Toutefois, si l’une ou l’autre est trop élevée, elle peut endommager les composants. Outre les contraintes causées par des forces mécaniques externes, il existe également des contraintes résiduelles qui apparaissent dans un composant lui-même. Par exemple à la suite d’un traitement thermique ou de la formation d’une pellicule. Le renforcement des matériaux en verre ou en acier augmente la résistance d’un produit en créant délibérément des contraintes résiduelles de compression à la surface du produit.

Utilisations des appareils de mesure de contraintes

La mesure des contraintes est utilisée dans une variété de machines industrielles et de domaines de développement de produits, ainsi que dans le traitement thermique, le dépôt de films et le renforcement du verre. Dans le domaine de la recherche et du développement, la connaissance des contraintes générées dans un composant peut servir à vérifier la résistance du composant ou, à l’inverse, à réduire la géométrie inutile. Cela permet de réaliser des économies de poids et de coûts.

Dans l’industrie des semi-conducteurs, divers films minces sont déposés sur des tranches de silicium, et le dépôt génère des contraintes dans le produit. Une contrainte excessive peut entraîner le décollement du film, d’où l’importance du contrôle de la qualité par la mesure de la contrainte. Lorsque le verre est renforcé, la résistance est accrue en augmentant la contrainte de compression près de la surface. Des mesures de contrainte sont également effectuées après le processus de renforcement.

Principe des appareils de mesure de contraintes

Le principe des appareils de mesure de contraintes diffère selon la méthode de mesure. Ils détectent cependant tous la déformation qui se produit dans l’objet à mesurer. Il s’agit de la déformation d’un objet sous l’effet d’une force extérieure, telle que l’étirement, le rétrécissement ou la torsion.

La contrainte est la force par unité de surface et est calculée comme le produit de la déformation causée par la force externe et le module d’Young du matériau. Par conséquent, les appareils de mesure de contraintes ne mesurent pas directement la contrainte. En revanche, ils saisissent l’ampleur de la déformation causée dans un matériau par une force extérieure et la convertissent en une valeur de contrainte en la multipliant par le module d’Young.

Il existe plusieurs types de méthodes de détection des déformations, et les appareils de mesure de contraintes ont été développés sur la base de chacun de ces principes.

Types d’appareils de mesure de contraintes

Il existe plusieurs types d’appareils de mesure de contraintes, en fonction du produit à mesurer et de l’ampleur de la contrainte. Quatre méthodes sont décrites ici.

1. Jauges de contrainte

Elles sont utilisées pour mesurer les contraintes dans les composants structurels, par exemple. Elles permettent de détecter la déformation d’une pièce fixée à partir de la variation de la résistance électrique. La mesure des contraintes à l’aide de celles-ci ne peut être effectuée que sur les pièces auxquelles les jauges sont fixées. Les jauges de contrainte sont parfois utilisées pour vérifier l’analyse structurelle à l’aide de l’IAO.

2. Détection par infrarouge

La mesure des contraintes par infrarouge, comme les jauges de contrainte, est une autre méthode utilisée pour mesurer les contraintes dans les composants structurels. Lorsque les matériaux sont déformés par des forces externes, la température de surface change en raison des effets thermoélastiques. La mesure des contraintes par infrarouge détecte les contraintes à partir du changement de température à la surface de l’objet causé par la déformation. Les jauges de contrainte ne peuvent indiquer la contrainte qu’à l’endroit où elles sont fixées. En revanche, la mesure de contrainte par infrarouge peut mesurer une large gamme de contraintes.

3. Réflexion de la lumière laser

La mesure des contraintes par réflexion de la lumière laser sert à mesurer les contraintes lors du dépôt de couches minces. En comparant la réflexion de la lumière laser avant et après le dépôt, il est possible de déterminer le changement du rayon de courbure dû au gauchissement du substrat. On peut ensuite le convertir en contrainte du film causée par le dépôt. Ce type de mesure de contraintes sert à évaluer les plaquettes de silicium semi-conducteur et le verre trempé.

4. Diffraction des rayons X

Il s’agit d’une méthode de mesure qui utilise la diffraction des rayons X diffusés par l’irradiation d’un matériau avec un arrangement régulier d’atomes par des rayons X d’une longueur d’onde égale à la distance entre les atomes. La diffraction des rayons X est utilisée non seulement pour mesurer les contraintes, mais aussi pour l’analyse qualitative et quantitative des matériaux, le calcul de la taille des cristaux et de la distorsion du réseau, ainsi que pour de nombreuses autres analyses.

Qu’est-ce qu’une machine de microfabrication ?

Les machines de microfabrication sont des équipements de traitement permettant un usinage de microprécision à l’échelle du micron.

Les matériaux soumis à la microfabrication ne se limitent pas aux métaux. Ils comprennent également les résines, les polymères et les matériaux inorganiques. Depuis quelques années, il existe des machines de microfabrication capables de contrôler des programmes par incréments de 10 nm, l’échelle de miniaturisation progressant chaque jour.

Les machines de microfabrication au sens large du terme comprennent également les machines à décharge électrique, les électroérosions à fil, les perceuses à gabarit et les machines de découpe au laser. Lors de la manipulation de ces machines de microfabrication, le contrôle de la température, comme la température ambiante, et les compétences de l’opérateur sont également extrêmement importants.

Utilisations des machines de microfabrication

Ces dernières années, la technologie de la microfabrication s’est imposée dans tous les domaines industriels et est utilisée dans un large éventail d’utilisations.

Dans l’industrie des semi-conducteurs et des composants électroniques, il s’agit d’une technologie de traitement indispensable pour l’usinage des moules d’emballage et de divers composants dans le cadre de la miniaturisation des appareils. Dans le cas de l’industrie des équipements médicaux, elle se révèle indispensable pour la fabrication de composants à microcircuits. Par exemple les biopuces et les composants à structures d’électrodes fines.

Il est possible de réaliser des microstructures qui ne peuvent pas être usinées avec des fraises conventionnelles. Par exemple des ailettes de rayonnement thermique avec un pas microscopique, des trous avec un pas de l’ordre du micron et des structures de réseaux de projection avec un pas de l’ordre du sous-micron.

Principe des machines de microfabrication

Au sens large du terme, les machines de microfabrication englobent plusieurs types de machines, mais il en existe trois représentatifs : les microcentrales à commande numérique, les machines à décharge électrique et les machines d’électroérosion à fil. Chacune d’entre elles dispose d’un principe différent.

1. Les machines de microfabrication CN

Sa structure et ses principes de base sont sensiblement les mêmes que ceux des centres d’usinage à commande numérique conventionnels. Toutefois, un contrôle de haute précision est appliqué à tous les aspects de la machine, y compris la méthode d’entraînement de chaque axe, le contrôle de la température du liquide d’arrosage et le contrôle de la vitesse.

Des moteurs linéaires servent à entraîner chaque axe, et certains produits ont une résolution programmée de 0,1 nm. Le guidage hydrostatique est utilisé pour les guides qui contrôlent le mouvement alternatif. Cela permet d’obtenir une résistance au frottement infiniment faible et une grande précision de mouvement.

Le liquide de refroidissement, qui gère la chaleur générée pendant l’usinage, est contrôlé à une température de 1/100 °C. Pour bloquer les diverses vibrations transmises de l’extérieur, des mesures anti-vibration sont prises au niveau de la structure des fondations du bâtiment ou l’équipement est installé sur un système d’isolation contre les vibrations. De plus, le liquide de refroidissement est installé dans une salle à température constante afin d’éviter la dilatation thermique de l’équipement.

2. Les centres d’usinage par décharge électrique

La microfabrication de matériaux conducteurs est réalisée à l’aide d’une machine à décharge électrique dont l’anode est reliée au côté du matériau et la cathode à l’électrode mobile. Cette technologie d’usinage par courant continu est utilisée pour les matériaux et les formes susceptibles d’être soumis à des contraintes d’usinage lors de la coupe et du meulage. Elle permet d’obtenir une plus grande précision et une meilleure rugosité de surface grâce à des usinages répétés.

3. Les machines à érosion par fil

Le principe de base est le même que celui de l’électroérosion, mais une cathode est connectée à un fil ultrafin d’environ 0,05-0,3 mm. Un courant continu est ensuite appliqué entre le fil et le matériau, ce qui permet de couper ce dernier. Le traitement est effectué dans de l’eau dont la conductivité est contrôlée, et le fil est constamment alimenté pendant le traitement. Le processus de coupe sans contact, course par course, ne génère aucune contrainte de traitement. Le fil peut donc être coupé avec une profondeur de coupe de 20 à 30 microns au-dessus de l’épaisseur du fil.

Plus d’informations sur les machines de microfabrication

Les machines utilisées en combinaison avec des machines de microfabrication

Les machines utilisées en combinaison avec les machines de microfabrication exigent un haut degré de précision et de stabilité. Pour faire face au micro-usinage, la machine elle-même doit être très précise et les conditions d’usinage doivent être réglées de manière appropriée. Il est donc nécessaire de comprendre les caractéristiques de chaque machine et de choisir celle qui convient le mieux.
Nous présentons ici trois types de machines typiques utilisées avec les machines de microfabrication : les machines de découpe laser, les machines à faisceau d’électrons et les machines à faisceau d’ions.

1. Les machines de traitement au laser
Ces machines découpent et traitent les matériaux en émettant des faisceaux laser à haute énergie. Elles conviennent à la microfabrication et peuvent être utilisées pour une large gamme de matériaux, tant métalliques que non métalliques. Elles sont également très précises et peuvent être utilisées pour la microfabrication.

2. Les machines à faisceau d’électrons
Ces machines découpent et traitent les matériaux en irradiant un faisceau d’électrons chauffé à grande vitesse. Elles conviennent à l’usinage fin et sont utilisées dans les domaines où une grande précision d’usinage est requise.

3. Les machines à faisceau d’ions
Ces machines peuvent effectuer une microfabrication et une modification de la surface des matériaux en les irradiant avec des faisceaux d’ions. Elles sont particulièrement efficaces pour les matériaux durs tels que la céramique et le verre.

Qu’est-ce qu’un équipement de circulation et de filtration ?

Les équipements de circulation et de filtration désignent les équipements qui filtrent les sources thermales ainsi que l’eau du robinet et qui font circuler l’eau filtrée. Ces équipements peuvent être divisés en deux catégories selon leur fonction : les équipements de filtration physique et les équipements de purification biologique.

Les unités de filtration physique sont utilisées pour éliminer les substances étrangères telles que les particules fines, les cheveux et les fibres qui ne sont pas dissoutes dans l’eau. Les épurateurs biologiques utilisent quant à eux des médias filtrants tels que le charbon actif comme support, sur lequel se développent des micro-organismes. Ils n’ont que peu ou pas de fonction de filtration physique, mais les micro-organismes peuvent décomposer les polluants présents dans l’eau.

Utilisations des équipements de circulation et de filtration

Ils peuvent maintenir et purifier la qualité de l’eau par filtration physique ou épuration biologique. Ils sont donc utilisés lorsque la qualité de l’eau doit être maintenue constante et que la consommation d’eau doit être réduite.

Les bains publics sont un exemple typique de l’utilisation des équipements de filtration et de circulation. Les normes de qualité de l’eau des bains publics sont fixées pour la turbidité, la consommation de permanganate de potassium, les coliformes et les légionelles. Pour répondre à ces normes, on utilise alors ces équipements de filtration et de circulation. On ajoute à ceux-ci un collecteur de cheveux et un système de désinfection pour éliminer les cheveux et autres gros corps étrangers.

Principe des équipements de circulation et de filtration

Lorsque l’eau à filtrer passe à travers un matériau filtrant poreux, les substances plus grandes que les trous du matériau filtrant sont collectées et seules les substances plus petites que les trous passent à travers. C’est ainsi que les équipements de filtration et de circulation éliminent les substances étrangères de l’eau. Il existe trois principaux types de systèmes de filtration : la filtration sur sable, la filtration sur terre de diatomée et la filtration sur cartouche.

La filtration sur sable est une méthode de filtration qui utilise du sable ou du gravier comme matériau filtrant. Le sable naturel et l’anthracite sont utilisés. Ceux-ci sont capables d’éliminer des substances jusqu’à plusieurs dizaines de micromètres. Elle présente divers avantages, tels que la capacité à faire face à un certain degré de fluctuation de la qualité de l’eau et de garantir la stabilité de la qualité de l’eau traitée. C’est pour cela qu’elle est largement utilisée.

La filtration sur terre de diatomées est une méthode de filtration qui utilise celle-ci comme adjuvant de filtration. Elle a la capacité d’élimination la plus élevée des trois, mais elle est considérée comme difficile à entretenir.

La filtration par cartouche est quant à elle une méthode de filtration qui utilise un média filtrant sous forme de cartouche. Les fibres synthétiques et le polyester sont utilisés comme matériau et peuvent éliminer des substances de 10 à 15 µm. Les cartouches sont essentiellement consommables et les coûts d’exploitation sont donc relativement élevés.

Qu’est-ce qu’une machine à remplissage quantitatif ?

Les machines à remplissage quantitatif sont des machines qui peuvent mesurer et remplir une certaine quantité fixe à l’aide d’un instrument de pesage. Il existe des remplisseuses de liquides et des remplisseuses de solides. Toutefois, le mécanisme de pesage à l’aide d’une balance reste en grande partie le même.

Il existe deux types de machines à remplissage quantitatif : les machines automatiques et les machines semi-automatiques. Les machines de remplissage automatiques sont des machine dans lesquelles les récipients de remplissage circulent sur une ligne de convoyage. Ils commencent à se remplir automatiquement lorsqu’ils atteignent une certaine position. Les machines de remplissage semi-automatiques, quant à elles, sont automatiques depuis la ligne de convoyage jusqu’au point de remplissage, mais l’opération de démarrage du remplissage est effectuée manuellement.

Utilisations des machines à remplissage quantitatif

De nombreux fabricants qui produisent et vendent quelque chose utilisent des ces machines. Il s’agit par exemple de liquides tels que l’eau ou l’huile. Ceux-ci sont remplis à l’aide d’une pompe ou d’un réservoir.

D’autres semi-solides tels que le miso ou la pâte de haricots peuvent également être remplis. Dans ce cas, une vis est prévue dans le réservoir ou autre pour éviter les blocages.

Pour les produits de taille (poids) inégale, tels que les légumes et les fruits, plusieurs balances sont utilisées pour peser plusieurs produits à la fois. Ils sont ensuite sélectionnés pour être remplis dans des sacs à un poids prédéterminé.

Principe des machines à remplissage quantitatif 

Les machines à remplissage quantitatif de liquides remplissent à partir de réservoirs ou de trémies. Le liquide est rempli à partir du réservoir, par exemple, en suivant une canalisation jusqu’à la buse de remplissage. Lorsque le processus est lancé, le robinet de la buse s’ouvre et le liquide commence à se remplir. Lorsqu’une quantité prédéterminée est atteinte, un signal est envoyé par le peseur et le remplissage s’arrête.

Les instruments de pesage pour ces machines sont strictement réglementés par la loi sur le pesage. Cela est nécessaire pour maintenir la précision des quantités de remplissage, en empêchant celui de quantités légèrement inférieures pour l’expédition aux fournisseurs. Par conséquent, les instruments de pesage utilisés dans ces machines doivent être certifiés. Celle-ci ne peut être délivrée qu’après vérification par un institut de métrologie.

Les instruments de pesage utilisent souvent des cellules de charge. Ces dernières peuvent convertir la force causée par une charge en un signal électrique. Les capteurs de pesage sont équipés d’une jauge de contrainte à fil de résistance électrique (capteur), fixée à un corps métallique et mesurant la variation de la résistance. Cette méthode est extrêmement précise par rapport aux cellules de charge conventionnelles à ressort.

Qu’est-ce qu’un nettoyeur à ultrasons ?

Les nettoyeurs à ultrasons sont des appareils qui nettoient en utilisant les effets synergiques des forces chimiques des détergents, des solvants, des forces physiques des vibrations et de l’énergie mécanique.

Les petits appareils comprennent les appareils ménagers bon marché utilisés pour nettoyer les lunettes, les accessoires, ainsi que les appareils avec oscillateur ultrasonique intégré. Par exemple, ceux utilisés dans les laboratoires pour nettoyer les instruments et ajuster les produits chimiques, ainsi que les appareils dans lesquels l’oscillateur ultrasonique est placé dans un récipient de votre choix.

Les appareils à grande échelle sont principalement destinés à un usage industriel. Comme ceux qui sont intégrés aux processus de fabrication dans les usines. La puissance de nettoyage varie en fonction des ondes ultrasoniques générées. De ce fait, la fréquence et le détergent doivent être sélectionnés en fonction de l’application.

Les nettoyeurs à ultrasons de grande taille peuvent être soumis à des restrictions légales en vertu de la loi sur les radiocommunications. Il est donc nécessaire de suivre les procédures appropriées lors de leur installation, en fonction de leur puissance et d’autres facteurs. En principe, les appareils de nettoyage à ultrasons d’une puissance de 50 W ou plus doivent faire l’objet d’une demande d’autorisation pour les appareils à haute fréquence.

Utilisations des nettoyeurs à ultrasons 

Les nettoyeurs à ultrasons de grande taille sont principalement utilisés à des fins industrielles.

Ses principales utilisations sont le dégraissage et le nettoyage des pièces métalliques ainsi que des résines, l’élimination des particules abrasives et de la poussière, le nettoyage des pièces métalliques de précision, des disques optiques et des têtes de disques durs, le nettoyage final des substrats en verre et le nettoyage des plaquettes de silicium.

Les pièces métalliques sont nettoyées à des fréquences plus basses. Les plaquettes de silicium, quant à elles, sont nettoyées à des fréquences plus élevées. Les nettoyeurs à ultrasons sont également utilisés pour le démoussage et le dégazage, la dispersion, l’agitation et le broyage.

Principe des nettoyeurs à ultrasons

Lorsque de l’énergie électrique est appliquée à des céramiques spéciales appelées céramiques piézoélectriques, celles-ci se dilatent et se contractent. Les vibrations générées à ce moment-là sont converties en son. Si la fréquence de ce son est réglée à 20 kHz ou plus, des ondes ultrasoniques sont générées.

Les vibrations ultrasoniques sont appliquées à l’échantillon pour générer des bulles. Ces dernières sont ensuite nettoyées à l’aide de micro-jets d’eau générés par l’impact de l’éclatement des bulles (cavitation).

Les ondes ultrasoniques à basse fréquence sont utilisées pour dégraisser et nettoyer les pièces métalliques, les plastiques, ainsi que pour nettoyer les pièces métalliques de précision. Les ondes de choc de la cavitation permettent de nettoyer les salissures les plus tenaces. Les semi-conducteurs et les plaquettes de silicium sont nettoyés à l’aide d’ultrasons à haute fréquence. La cavitation est générée de différentes manières en fonction de la profondeur du liquide et du type de liquide.

Si le nettoyage par ultrasons n’est pas contrôlé de manière adéquate, la membrane peut se détériorer.