Mise au point accélérée des nouveaux supermatériaux

Element Six

ElementSix Portraet

Matthew Goulbourn-Lay,
Ingénieur Principal de Recherche en fabrication avancée chez Element Six

« Avec l’utilisation de l’Alicona, nous engageons le développement de nouveaux matériaux sur le chemin de l’innovation. Nous travaillons maintenant avec deux systèmes de mesure Alicona. »

Dans le cadre de sa production de supermatériaux, l’entreprise internationale Element Six était à la recherche d’une solution de mesure capable de l’accompagner dans ses activités de recherche, de développement et de contrôle de la qualité. Deux systèmes de mesure Alicona lui permettent d’optimiser la préparation d’arête de ses outils de coupe diamant et d’accélérer son contrôle qualité. ‘Supermatériaux’ est un terme qui englobe les diamants synthétiques ainsi que le nitrure de bore cubique (CBN) et le diamant à base de carbure de tungstène et de silicium. Element Six, membre du groupe De Beers, fabrique des produits spécialisés, innovants et haute performance à partir de supermatériaux. Ces matériaux sont utilisés sur les outils d’usinage et de rectification des métaux destinés à l’industrie automobile, sur les plaquettes pour les têtes de forage pétrolier et gazier et dans les fenêtres optiques pour les systèmes laser haute puissance.

Element Six Inserts

Mesure 3D optique des supermatériaux en diamant synthétique

Dans son centre d’innovation mondial (GIC) à Harwell au Royaume-Uni, Element Six met au point ses supermatériaux en diamant synthétique pour une large gamme d’applications industrielles. Pour les applications de coupe et de rectification des métaux, cela signifie la mise au point de nouveaux grains de nitrure de bore cubique polycristallin (PCBN), de diamant polycristallin (PCD) et de diamant ou CBN. Afin de tester pleinement ces nouveaux matériaux dans des applications industrielles pertinentes, Element Six produit des plaquettes de coupe ISO qui seront utilisées pour des essais de coupe de métal sur des tours et fraiseuses, où les efforts de coupe, l’usure de l’outil et l’état de surface de la pièce sont mesurés et analysés. Un retour d’information rapide aux équipes techniques qui mettent au point les matériaux des outils est essentiel pour une innovation rapide. Avec l’InfiniteFocus, Element Six dispose d’un système de mesure unique qui accélère ce retour d’information et offre la flexibilité nécessaire pour une utilisation dans l’ensemble de son programme d’essais sur des applications très variées.

Matthew Goulbourn-Lay, Ingénieur Principal de Recherche en Fabrication Avancée chez Element Six explique : « Nous utilisons les équipements Alicona depuis maintenant plus de dix ans. Au début, nous avions besoin d’un système capable de mesurer rapidement et précisément les géométries et les traces d’usure de l’outil. Avant, il nous aurait fallu prendre de nombreuses mesures différentes à l’aide de différents équipements. Avec Alicona nous utilisons un seul système avec lequel toutes nos mesures et analyses sont réalisées ».

Optimisation de la préparation des arêtes sur les outils coupants

Lors de la fabrication des plaquettes ISO à des fins de contrôle, l’équipe de Matthew Goulbourn-Lay utilise les systèmes d’Alicona pour accélérer les procédés de contrôle qualité. Une mauvaise préparation d’arête peut engendrer des défauts au niveau de l’arête de coupe, des micro-cassures, des bavures, un mauvais état de surface et conduire à une mauvaise performance de coupe. La vérification de la géométrie de l’arête et de l’état de surface est donc indispensable. Element Six utilise le système de mesure 3D optique pour évaluer des paramètres tels que le rayon d’arête, l’angle et la largeur de listel à moins de 3 microns. En raison de sa technologie spécifique, l’InfiniteFocus est capable de mesurer avec précision les géométries d’outils coupants, même complexes et comportant des flancs très abrupts.

Element Six Wear Measurement

« Afin de tester le mode d‘usure de chaque nouveau matériau que nous mettons au point, nous comparons les traces d’usure. Les diverses mesures et images prises nous permettent de nous faire une meilleure idée de la façon dont s’use le matériau d’un outil spécifique au fil du temps. »

Évaluation du volume total de matériau usé et accumulé

Dans un deuxième temps, Element Six compare la structure tridimensionnelle des outils avant et après leur utilisation pour déterminer les paramètres importants, tels que le volume total de matériau usé et accumulé. Les paramètres mesurés incluent la profondeur et le volume des cratères, le défaut maximum et moyen sur la face de dépouille, l’usure des flancs et l’écaillage. Ceci fournit des informations sur le contact entre l’arête de coupe et la pièce durant la coupe. Matthew Goulbourn-Lay explique : « Afin de tester le mode d’usure de chaque nouveau matériau que nous mettons au point, nous comparons les traces d’usure. Les diverses mesures et images prises nous permettent de nous faire une meilleure idée de la façon dont s’use le matériau d’un outil spécifique au fil du temps. Cela a conduit à de nombreux développements importants dans la recherche sur les matériaux PCD et PCBN ».

Des résultats de mesure rapides pour un retour d’information rapide à la production

Grâce au temps de mesure réduit, le retour d’information à la production se fait rapidement et les paramètres de la machine peuvent être adaptés en conséquence. En outre, l’InfiniteFocus fourveaunit les informations de couleur réelle en chaque point de mesure. Ces informations de couleur correspondent en tout point aux données 3D de hauteur. L’écaillage, aux échelles micrométrique et submicrométrique, est matérialisé par un code couleur, ce qui a permis à Element Six d’illustrer l’usure chimique et abrasive de l’outil. Matthew Goulbourn-Lay souligne : « Nous avons également utilisé la cartographie de surface sur de grands disques diamantés qui ont été usés dans le cadre de leur application spécifique. Comprendre la profondeur et la répartition de l’usure fut incroyablement utile ».

Matthew Goulbourn-Lay et son équipe ont été impressionnés par la souplesse du système de mesure et les différentes options de mesure disponibles, offrant la solution idéale pour un environnement de R&D. Après avoir utilisé le système InfiniteFocus G4 pendant de nombreuses années et l’avoir mis à niveau, en 2016, la société a décidé d’investir dans une deuxième solution de mesure Alicona : le nouveau système qui remplace le G4, l’InfiniteFocus G5. « Nous voulions le même logiciel que notre personnel maîtrisait et qui était facile à manipuler. La répétabilité est importante pour notre procédé de contrôle qualité et nous apprécions la souplesse d’utilisation et les capacités du système », conclut Matthew Goulbourn-Lay. Aujourd’hui, les deux systèmes d’Alicona sont utilisés dans le Centre d’Innovations Mondial d’Element Six par les ingénieurs et les scientifiques sur différents besoins de recherche et de développement.