Apprenez à usiner l'infiniment petit

10 MÈTRE Les procédés de micro- fabrication concernent tous les composants dont la taille est inférieure au micromètre. Le micromètre est en passe de devenir le nouveau mètre étalon des sites de production ! La fabrication de micropièces constitue en tout cas une problématique inédite pour de plus en plus de secteurs industriels. Mais cette évolution technologique impose sa loi lilliputienne à toute la chaîne de production : procédé, équipement, systèmes de fixation et de contrôle...

Ordinateurs, téléphones portables, lecteurs MP3... Les objets de notre quotidien sont de plus en plus gourmands en composants miniaturisés. Les raisons de cet engouement sont multiples. Produits plus compacts, réduction de la consommation d'énergie et des matières premières, amélioration des performances..., ces impératifs préoccupent tous les industriels. Et les poussent à se convertir à la microfabrication.

Née dans l'industrie horlogère, la fabrication de produits micrométriques ne cesse de s'étendre à d'autres domaines. La mutation est cependant loin d'être évidente pour les entreprises concernées. Il reste en effet délicat de trouver le procédé et l'équipement adéquats dans une discipline où de nombreuses innovations restent à inventer. Les systèmes de fixation, par exemple, se révèlent complexes à mettre en place pour des pièces qui ont la dimension d'un cheveu. Quant aux systèmes de mesure, ils doivent être totalement repensés pour contrôler ces produits lilliputiens sans endommager la pièce. Voici les trois conseils d'Industrie et Technologies pour se lancer dans l'infiniment petit... sans se prendre les pieds dans le tapis.

1-Faites le tri dans les technologies

Qu'il s'agisse de la découpe, du perçage ou du fraisage à l'échelle du micromètre, plusieurs technologies s'affrontent. Mais faire le bon choix entre microélectroérosion, microfraisage laser ou centre d'usinage n'est pas aussi simple qu'il y paraît. La première technologie permet ainsi de fabriquer des microstructures ou des empreintes de moules pour assurer la micro-injection par moulage. Elle se révèle polyvalente, apte à mener des opérations variées allant de l'usinage avec un fil fin au perçage en passant par l'usinage par enfonçage, le fraisage ou la rectification. Le microfraisage, lui, se réalise avec des outils dont le diamètre est inférieur à 50 µm, et se révèle adapté à l'usinage de microstructures complexes, comme des moules de dimension réduite.

L'adoption de ces différentes techniques impose souvent de revoir complètement sa stratégie d'usinage. Il n'est pas rare d'ailleurs de devoir associer ces différentes technologies pour usiner à la taille du micromètre. « Nous répartissons nos fabrications sur différents équipements en fonction de leurs impératifs de précision et de temps de cycle », confie Nicolas Tirolo, le directeur technique d'Isa France, un sous-traitant de 90 personnes situé à Villers-le-Lac (Doubs). Après une analyse au bureau d'études et aux méthodes à l'aide du logiciel Catia de Dassault Systèmes, la PME, intervenant dans la fabrication horlogère, le médical et l'automobile, choisit dans son important parc de machines la technologie la plus adaptée entre microdécoupe, microperçage, microfraisage ou injection de précision. La machine de microélectroérosion AgieCharmilles, dotée d'un fil de 0,03 mm, se charge par exemple de réaliser des outillages ultrafins. Le centre d'usinage à grande vitesse Primacom est, lui, destiné à la fabrication très précise d'électrodes avec un temps de cycle court. « Dans certains cas, pour gagner du temps et assurer la précision, nous effectuons le dégrossissage sur les centres d'usinage, suivi d'une finition sur machine d'électroérosion », poursuit le directeur technique d'Isa.

PMDK, lui, fait confiance à 100 % au centre d'usinage. « Notre modèle RV-2 de Realmeca a peu de puissance à la broche mais sa vitesse de rotation est de 40 000 tr/min. La machine usine ainsi très vite des pièces complexes avec une tolérance symétrique de 6 µm », explique Pascal Artico, gérant de cette très petite entreprise de mécanique de Gentilly (Val-de-Marne) spécialisée dans le micro-usinage pour le sport automobile.

Souvent, les sous-traitants ne trouvent pas chaussure à leur pied et doivent se tourner vers les intégrateurs. Spécialiste de ces moutons à cinq pattes, Texpart Technologies a plusieurs équipements innovants à son actif pour la fabrication des microprofilés ou des microtubes de haute précision. Il a ainsi réalisé une machine laser Yag 4 axes pour la réalisation de sondes endoscopiques et de cathéters en tube Inox qui divise par 10 les coûts par rapport à une fabrication en nickel-titane. Sa particularité : le tube est fixe et c'est le laser qui se déplace, ce qui assure des découpes droites très précises.

2-Ne négligez pas les équipements connexes

Choisir la machine adaptée, c'est important, mais il ne faut pas oublier les autres dispositifs qui concourent au bon déroulement de la fabrication. Les broches, les outils, les systèmes de fixation ou de chargement/déchargement des pièces... Intégrez toutes ces composantes dans votre réflexion. D'autant qu'elles peuvent avoir un impact non négligeable sur le prix de revient des pièces usinées. Spécialiste des équipements de fraisage par microélectroérosion, Sarix propose une nouvelle machine SX-200 µEDM Milling avec un système adapté de chargement/déchargement d'électrodes. Confronté à la fabrication d'une pièce prototype complexe pour le médical, le sous-traitant américain Aurora Micro Machine a mis en oeuvre avec succès ces dispositifs pour fraiser des microélectrodes en une seule prise. Avec un gain sensible de temps et de coût - mais il préfère garder ce dernier confidentiel.

3-Dénichez les bonnes compétences

Les compétences dans le domaine de la microfabrication valent de l'or ! Car le tour de main ne s'acquiert pas facilement. Et pour cause... Les spécialités sont nombreuses (microfraisage, microperçage ou microdécoupe) et les équipements extrêmement variés (machines laser, microélectroérosion ou centres d'usinage). Les bons techniciens sont donc rares et les cursus spécialisés brillent par leur absence. À une exception près, la licence professionnelle de l'université de Franche-Comté, qui propose à Besançon une formation originale de microfabrication, dont la première promotion sort ce mois-ci. En attendant, les industriels comptent sur les fabricants de machines pour se mettre à niveau. Realmeca ou Kern proposent ainsi des formations à la microfabrication. Mais ils vous imposent aussi leurs machines.

IL FAUT SOUVENT ASSOCIER DIFFÉRENTES TECHNOLOGIES POUR USINER À LA TAILLE DU MICROMÈTRE.

Steec mixe équipement standard et sur-mesure

Visitez Steec sans un oeil de lynx... et vous risquez de ne rien voir du tout ! « Pour découvrir notre entreprise, il faut se munir d'une loupe à fort grossissement », avertissent en souriant les responsables de cette PME atypique installée à Brindas, près de Lyon. Dans ses ateliers, entièrement climatisés, ils fabriquent, depuis une trentaine d'années, des pièces unitaires ou des petites séries dont la mesure de référence est le micromètre. Le parc comporte aussi bien des équipements standards que des machines sur mesure de microélectroérosion, de microlaser ou de micro-usinage. « Pour chaque commande, une analyse de la pièce nous permet de savoir quel moyen d'usinage choisir parmi nos spécialités », explique Olivier Jacquemet, le directeur commercial de Steec. Récemment, un investissement total de 800 000 euros a permis d'accroître la flexibilité de la PME. Notamment grâce à une machine de microfabrication laser 3 axes avec table à moteur linéaire. Elle affiche une précision de répétabilité en dessous du micromètre. Conçue et fabriquée sur mesure après dix-huit mois de travaux, elle dispose de deux sources : Yag et à fibre. Ce qui lui permet d'aborder efficacement et en toute souplesse les opérations de microsoudage ou de microdécoupe...

LAURENT GUYOUT PROFESSEUR AGRÉGÉ DE GÉNIE MÉCANIQUE À L'UNIVERSITÉ DE FRANCHE-COMTÉUn défi technologique majeur

La maîtrise de la fabrication à l'échelle du micron sera l'un des défis technologiques majeurs des prochaines années. Comme le prouve la thèse que je mène actuellement sur le microfraisage d'aciers inoxydables dans le cadre d'une convention avec l'Institut Femto ST, le CNRS, le LaBoMaP, le Cetehor, le Cetim et le fabricant d'outils Louis Belet SA. Machines, outils de coupe, systèmes de fixation, moyens de contrôle : tout change. La qualité de surface affichera une rugosité égale ou supérieure à 0,2 µm, le diamètre des outils les plus petits sera de l'ordre de 0,025 mm, la vitesse de la broche pourra dépasser les 150 000 tr/min... Attention, toutefois ! Quand on travaille avec de très petits outils, l'usinage à grande vitesse devient critique. Il est donc à déconseiller. L'idéal, c'est d'usiner à basse vitesse : par exemple, 10 m/min pour l'acier Inox, c'est parfait.

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