Nous suivre Industrie Techno

Des petits trous usinés par ultrasons

François-Xavier Lenoir

Sujets relatifs :

,
Le procédé mis au point par la start-up bisontine fait merveille dans l'usinage des matériaux durs et fragiles tels le quartz, le verre ou le saphir.

Percer un trou de profil complexe dans un matériau très dur comme le quartz, en moins de dix minutes, avec des tolérances précises, alors que le facteur de forme (rapport du diamètre et de la hauteur) est élevé ? Impossible diront les spécialistes de l'usinage. L'électroérosion ne fonctionne pas, l'usinage chimique est trop lent, cher et difficile à utiliser, le laser provoque un échauffement qui modifie les caractéristiques, le microsablage n'est pas assez directif, quant au RIE (Reactive ion etching), il ne donne pas la profondeur exigée. Qu'à cela ne tienne, µUSM l'a fait. Comment ? « En faisant appel à l'usinage par ultrasons », précise tout simplement Abdellah Boulouize, cofondateur avec Marc Aiguillé de µUSM. Née en 2006 d'un transfert de technologie du département de chronométrie, électronique et piézo-électricité de l'institut Femto-ST de Besançon (Doubs), µUSM est l'unique entreprise française sur ce segment et ses clients sont déjà internationaux.

Des particules abrasives accélérées par ultrasons

Le secret du procédé ? « Ce type d'usinage utilise des particules abrasives qui sont accélérées par la vibration ultrasonore de l'outil », indique Abdellah Boulouize. Elles sont projetées sur la surface de la pièce et pénètrent à l'intérieur en provoquant une déformation suivie d'un enlèvement de matière sous forme de microcopeaux. Cela se fait sans échauffement. Les propriétés de la pièce, aussi bien métallurgiques, chimiques que physiques, ne sont donc pas affectées.

Un outil, appelé sonotrode, réalisé de façon classique en acier rapide ou en titane, positionné verticalement par commodité, reproduit sa propre forme en pénétrant dans la pièce. Le travail d'usinage est dû au mouvement de grains d'abrasifs, le plus souvent du carbure de bore, du carbure de silicium ou du diamant, ne dépassant pas quelques dizaines de micromètres de diamètre. Ces grains d'abrasif sont en suspension dans l'eau, laquelle transmet bien les fréquences ultrasonores. Ils sont entraînés entre la pièce et la sonotrode qui est excitée à sa fréquence de résonance (20 kHz), et cela sur des courses de 20 à 50 µm.

Cet usinage est particulièrement adapté aux matériaux durs et fragiles, donc cassants, qui tels le quartz, le verre ou le saphir ne supportent pas de gradient thermique important. L'usinage est assisté par ordinateur et peut être couplé à de l'usinage chimique. La maîtrise du "gap", espace entre la pièce et la sonotrode, conditionne la forme et les dimensions du perçage. Ainsi, on obtient des usinages ayant des dimensions de quelques millimètres à 3 ou 4 µm près. « En utilisant une seule sonotrode, des trous - néanmoins limités à 400 µm de diamètre - sont réalisables sur des hauteurs de plusieurs millimètres dans du cristal de quartz ou de la céramique », note Abdellah Boulouize. La société est aussi capable de réaliser des pièces simples ou complexes présentant un facteur de forme jusqu'à 20, ainsi que des trous carrés ou cylindriques de 0,1 mm2 de section sur une profondeur supérieure à 5 mm, voire des trous obliques.

LE DÉFI

Percer les matériaux très durs et fragiles, comme le quartz.

LA SOLUTION

Le procédé d'usinage ultrasonore, mis au point par µUSM, perce en quelques minutes deux trous de diamètres différents et coaxiaux, avec une précision de quelques micromètres.

vous lisez un article d'Industries & Technologies N°0881

Découvrir les articles de ce numéro Consultez les archives 2006 d'Industries & Technologies

Bienvenue !

Vous êtes désormais inscrits. Vous recevrez prochainement notre newsletter hebdomadaire Industrie & Technologies