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20 février 2014 | La Revue POLYTECHNIQUE 12/2013 | Machines-outils

L’usinage de micro-moules

Depuis des années, les fabricants ne cessent de développer des outils, qui sont en avance sur les capacités des moyens de production pour lesquels ils sont destinés. Avec sa machine 701S, le fabricant Willemin-Macodel leur donne matière à innover. En effet, le centre de micro-usinage 701S, dévoilé au salon EMO à Hanovre, offre aux fabricants d’outils un nouveau champ d’action.
Lors de sa première présentation au salon EMO à Hanovre, la machine 701S a fait parler d’elle, notamment dans les domaines horloger et du micro-moule. Pour assurer la très haute précision annoncée (suivi des trajectoires inférieures au micron), cette machine travaille entièrement par interpolation, ce qui signifie que toutes les trajectoires sont recalculées en permanence. Ainsi, les boucles de régulation doivent être ultra-rapides et seul un PC puissant y parvient. Cette puissance de calcul, associée à des règles de mesure à très haute résolution (moins de 10 nanomètres), permet au fabricant de garantir la précision submicronique.

Lors du salon EMO, de nombreuses entreprises réalisant des micro-moules (30 mm environ d’arêtes) ont été intéressées par les capacités de la machine 701S. De nombreuses pièces complexes, que ce soit dans la téléphonie, le semi-conducteur ou le secteur médical sont réalisées, aujourd’hui, par micro-injection. Comme les exigences de précision et d’état de surfaces augmentent sans cesse, les fabricants de micro-moules recherchent également de nouveaux moyens d’usinage.Et si de nombreux moyens différents existent, comme la micro-électroérosion, l’usinage électrochimique ou le laser, par exemple, le micro-fraisage dispose de nombreux avantages.
 
La machine 701S est dotée d’une conception originale, qui assure la précision par de faibles masses, une large dynamique et un parfait suivi des trajectoires.
 

Les avantages du micro-usinage
L’enlèvement de matière contribue à assurer d’excellents états de surface, tout en garantissant la précision dimensionnelle et géométrique. Dans l’usinage traditionnel, il est souvent nécessaire de terminer les pièces par une opération de polissage ou d’avivage. Avec la machine 701S, le fabricant accroît la qualité d’usinage par enlèvement de matière. Comme la qualité est quasiment atteinte en micro-fraisage, les utilisateurs n’ont plus à réaliser qu’une action minime de finition. Et comme il y a moins à polir, les risques de dégrader la géométrie sont largement réduits. La qualité des états de surface atteint Ra 0,25.
De par la stratégie d’usinage en interpolation et les faibles masses en mouvement, les temps de cycles mesurés sur des pièces de clients montrent de sensibles améliorations. Le fabricant Willemin-Macodel cite, notamment, le cas d’un client qui l’a sollicité pour un micro-moule sur lequel 60 minutes d’usinage sont nécessaires en usinage traditionnel. La machine 701S a permis de le réaliser en 8 minutes seulement.
La surface minime au sol nécessaire (1 m2) et la faible consommation de la machine (moins qu’un sèche-cheveux) sont des arguments économiques intéressants, qui complètent les arguments techniques.

Avec des outils de quelques dixièmes de millimètres de diamètre, la précision des trajectoires doit être absolue. L’échelle de l’image présente des intervalles d’un micron entre chaque ligne. La ligne rouge représente la trajectoire de l’outil.
 

De nouvelles stratégies et de nouveaux outils
En travaillant avec des outils de quelques dixièmes de millimètres (diamètre d’outil minimum: 0,05 mm), le respect des conditions de coupes définies par les fabricants est indispensable. Avec une avance par dent exprimée en microns, une différence de trajectoire de l’ordre de grandeur de l’épaisseur du copeau ne peut être tolérée; une différence de quelques microns peut avoir pour conséquence que la matière ne soit plus touchée ou que l’outil soit cassé.La précision des trajectoires est donc capitale. Le nouveau système de frettage des outils dans la broche sans porte-outil concourt grandement à cette précision. La machine embarque également un système de vision permettant de garantir le positionnement d’outil, ainsi qu’un système de palpage pour assurer le positionnement de la pièce.
 
Pour des pièces de quelques milligrammes, les micro-moules nécessitent des solutions d’usinage efficaces et flexibles.
 

Des outils développés pour la machine
Le corps des outils est simple. Tous les fabricants d’outils peuvent proposer de tels systèmes. Toutefois, la différence se fait au niveau de l’arête de coupe. Pour développer les nouveaux outils destinés à la machine 701S, Willemin-Macodel a travaillé en étroite collaboration avec le fabricant d’outils Louis Bélet SA. Depuis plusieurs années, les deux entreprises travaillent activement à mieux comprendre les interactions entre l’arête de coupe et la matière lors du micro-usinage. Grâce à ce partenariat, ce fabricant dispose d’une avancée technologique dans le domaine des outils, qui correspond au bond technologique de la machine.