Outil de mesure tout-en-un pour la caractérisation avancée des matériaux

Université Technologique de Tampere

Uni Tampere Portraets

Niko Ojala chercheur au Laboratoire de Science des Matériaux du TUT

« Avec Alicona nous avons trouvé une solution de métrologie tout-en-un qui rend possible l’analyse des matériaux et des composants les plus divers. Avec l’InfiniteFocus d’Alicona, nous avons trouvé un système de métrologie qui répond à nos besoins. Étant donné son taux d’utilisation élevé, lié au grand intérêt généré par ce système de mesure, notre InfiniteFocus est actuellement utilisé en continu, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. »

Dans le cadre de travaux de recherche sur les matériaux, l’Université de Technologie de Tampere en Finlande explore des approches innovantes dans de nombreux domaines technologiques. Grâce au système de métrologie 3D optique d’Alicona, les chercheurs disposent maintenant d’un outil d’analyse polyvalent sur des matériaux très différents les uns des autres et qui leur permet de vérifier la géométrie de nombreux composants de forme et de taille très variées. La sélection d’un matériau est un des facteurs clés dans la fabrication de composants techniques de haute qualité. C’est pourquoi les innovations techniques et les nouveaux procédés de fabrication sont directement liés à la recherche et au développement de nouveaux matériaux, le choix d’un matériau adapté à une application cible déterminant la résistance à l’usure, la résistance à la corrosion et la durée de vie utile des composants fabriqués.

Uni Tampere Crushing Pin

Test d’usure par abrasion élevée avec pointe sur disque. Le système de métrologie d’Alicona permet la quantification numérique précise ainsi d’une caractérisation 3D détaillée de la surface des échantillons, tant au niveau macro que micro.

Vérification géométrique des outils de soudage par friction-malaxage (FSW) pour sceller les fûts de déchets de combustible nucléaire

Le groupe de recherche en Sciences Appliquées aux Matériaux du laboratoire propose son aide aux entreprises dans tout type de projet se rapportant aux matériaux. « En collaboration avec deux associations scandinaves expertes dans la gestion des déchets nucléaires, SKB et Posiva Oy, nous avons pu vérifier la conformité géométrique d’un pion de FSW utilisé pour sceller les fûts de déchets de combustible nucléaire », souligne Jarmo. Le soudage par friction-malaxage (FSW) est une méthode de soudage dans laquelle la chaleur frictionnelle est générée entre l’outil et le métal cible. Ceci provoque simultanément le radoucissement du matériau pour le rendre pâteux et le soudage du métal par mélange mécanique sans fusion. Dans ce procédé, le pion n’est pas un consommable, le défi consiste donc à éviter que le matériau du pion ne fonde lorsqu’il se déplace au travers du cordon de soudure. Aussi, la conformité géométrique de ce pion est un facteur clé pour obtenir un soudage efficace. Grâce à l’unité de rotation AdvancedReal3D de l’InfiniteFocus, des mesures de forme à 360° des pions ont pu être réalisées. Celles-ci ont permis à Jarmo de contrôler la longueur, le diamètre, le rayon ainsi que la cylindricité des pions. Avec l’InfiniteFocus, les rayons peuvent être évalués de manière répétable en réalisant des mesures précises pouvant descendre jusqu’à 2µm de résolution latérale. Le respect des tolérances nominales les plus fines est garanti grâce à ces mesures d’une grande précision. Les écarts de forme sont alors mis en évidence par une comparaison entre les données 3D mesurées et les fichiers CAO du pion.

« Auparavant, nous n’avions qu’un interféromètre, et il ne pouvait pas mesurer efficacement les grandes surfaces ; en fait, cela nous aurait pris des jours pour le faire. Avec l’Alicona, nous pouvons étudier des surfaces allant jusqu’à 200 x 200 mm avec des vitesses de mesure élevées », expliquent Niko et Jarmo. L’InfiniteFocus s’est également révélé être l’outil parfait quand les mesures de grandes surfaces possèdent également des variations de hauteur importantes. En effet, les grandes pièces présentent généralement des formes courbes, de grandes différences de hauteur ou de fortes déformations qui les rendent particulièrement difficiles à mesurer avec des moyens classiques.

Uni Tampere 3D View

Mesure de forme à 360° d‘un pion FSW (SKB, Posiva Oy). Quand il est équipé de l’Unité de rotation AdvancedReal3D, l’InfiniteFocusG5 permet de mesurer la géométrie des pièces à 360°. (Reproduction interdite sans autorisation de SKB et Posiva Oy).

Évaluation des déformations, de l’usure et du comportement mécanique

Le Laboratoire de Science des Matériaux de l’Université Technologique de Tampere en Finlande (TUT), effectue des recherches de pointe sur la structure, les propriétés, la transformation et l’utilisation de pratiquement tous les types de matériaux. Avec le système de métrologie 3D InfiniteFocus G5 d’Alicona, les chercheurs analysent la morphologie des surfaces, contrôlent la géométrie des pièces, évaluent leur déformation, leur degré d’usure ainsi que leur comportement mécanique. Un grand nombre de domaines technologiques sont ainsi abordés en étroite collaboration avec l’industrie. Les matériaux mesurés comptent entre autres, les métaux, les polymères, le textile, le bois, le papier, la céramique, les revêtements et les roches. En outre, le système de métrologie 3D est également utilisé pour mesurer divers outils et composants à 360°.

Comme les échantillons de matériaux testés comportent souvent des surfaces fracturées ou déformées, le système de mesure doit être capable de mesurer des flancs abrupts et des topographies de surface très accidentées. Alicona propose une solution unique pour mesurer l’intégralité de la surface, même dans ces cas difficiles. « À l’origine, nous cherchions un système capable de mesurer des échantillons sur des surfaces rugueuses de plusieurs centimètres carrés, comme les grandes surfaces d’usure ou de fractures comportant des fortes pentes. Pour nous, il était également important que le système de métrologie soit relativement rapide. Une troisième exigence résidait dans la possibilité de réaliser des mesures en rotation afin d’obtenir de vraies numérisations 3D à haute résolution », expliquent Niko Ojala et Jarmo Laakson, chercheurs au laboratoire. Ils poursuivent : « Avec l’InfiniteFocus d’Alicona, nous avons trouvé un système de métrologie qui répond à nos besoins. Étant donné son taux d’utilisation élevé, lié au grand intérêt généré par ce système de mesure, notre InfiniteFocus est actuellement utilisé en continu, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. »

Uni Tampere Velocity Test

Mesure 3D de surface d’un échantillon en acier suite à cinq impacts à -60° C dans le cadre d‘un test d’impact de particules à grande vitesse.

 

Quantification facile de la déformation d'un matériau sur de grandes surfaces de mesure

En utilisant le module appelée MultiMeasurement, disponible sur le système InfiniteFocus, Niko et Jarmo ont trouvé une fonction qui leur offre des gains de temps importants. « Avec la fonction MultiMeasurement, nous pouvons définir une routine de mesure automatique sur environ une douzaine d’échantillons, afin de les mesurer intégralement les uns après les autres. Et nous pouvons également programmer des mesures à haute résolution sur différentes zones d’une même pièce. Ceci offre un gain de productivité tant au niveau de notre travail que celui de la machine de mesure. Par exemple, le système travaille souvent en temps masqué, ou bien durant la nuit, ce qui nous permet de réaliser d’autres tâches en parallèle » explique Niko. Niko et Jarmo concluent leur remarque par cette déclaration : « Pour un système de mesure, la polyvalence, la flexibilité et la convivialité sont des critères très importants. Le système Alicona répond totalement à toutes ces attentes. »