Solution sur mesure pour technologies innovantes dans l’aéronautique

METALLICADOUR

Pierre Courbun,
Ingénieur Développement chez Metallicadour

« Avec Alicona, nous vérifions la rugosité sur des pièces très lisses ou des pièces qui sont trop petites pour pouvoir être mesurées avec un rugosimètre tactile. »

Le Centre de Transfert de Technologie Metallicadour a été convaincu de choisir Alicona grâce à la possibilité qu’ont ses systèmes de mesure de réaliser des acquisitions et des analyses en automatique sur des données 3D répétables et raccordées. Afin de mettre au point des outils innovants et des solutions d’usinage automatisées pour l’aéronautique, les ingénieurs du centre vérifient la conformité géométrique et l’état de surface des outils et des pièces au moyen de la technologie 3D optique d’Alicona.

Parce que l’évolution des technologies est de plus en plus rapide, les nouvelles applications aéronautiques conduisent à une demande accrue d’innovations dans le domaine des outils. Grâce à la technologie de métrologie optique d’Alicona, l’équipe d’experts de Metallicadour a trouvé la bonne solution pour mesurer des géométries complexes dans des matériaux difficiles à usiner comme le titane, les matériaux composites et les alliages thermorésistants.

Fondé avec le soutien académique de l’ENI de Tarbes en 2015, Metallicadour est un centre de ressources et de transfert de technologies spécifiquement dédié à l’industrie métallique et aux domaines de l’usinage, de l’assemblage et de l’automatisation. Le centre est situé au coeur du bassin industriel de l’Adour en France et il cible plus particulièrement les PME du secteur aéronautique. Soutenu par les principaux entrepreneurs en aéronautique de la région (Safran, Daher et Dassault), Metallicadour permet aux fabricants de composants de tester et d’automatiser les procédés d’usinage et de démontrer l’intérêt des nouvelles technologies de coupe comme la lubrification très haute pression et le tournage cryogénique.

Mesure 3D de la surface d’une pale de turbine en pseudo-couleurs et couleurs réelles. Grâce à Alicona, les défauts de surface locaux sont mesurés de manière automatique pour permettre de quantifier leur forme et leur taille.

Contrôle des nouveaux outils d’usinage et des nouvelles technologies destinés à l’industrie aéronautique

La vérification de la forme et de la rugosité d’un outil a une grande influence sur sa durée de vie. La conformité géométrique permet de réduire l’usure ainsi que le broutage de l’outil, afin d’obtenir un meilleur état de surface des pièces usinées. « Les outils de coupe pour l’usinage des composants aéronautiques doivent répondre aux exigences de précision les plus rigoureuses pour l’usinage à grande vitesse ; de ce fait, la géométrie et l’état de l’arête de coupe doivent être pris en compte », explique Pierre Courbun, ingénieur développement chez Metallicadour. « Avec Alicona, nous avons trouvé ce que nous recherchions : une solution de métrologie qui nous permet de réaliser des mesures précises et répétables, tout en étant facile d’emploi et polyvalente. »

Au fur et à mesure que les pièces et les exigences variaient, Pierre Courbun et ses collègues étaient ravis de trouver une solution pour tous les types de mesure, y compris les mesures de forme et de rugosité sur les fraises, les plaquettes et les forêts. Pierre Courbun souligne : « Souvent, nos pièces comportent des flancs abrupts, des différences de hauteur importantes et des zones qui brillent. Avec le système de mesure optique d’Alicona, nous mesurons des rayons de raccordement de faible dimension et des micro-géométries de surface très complexes. Nous pouvons également vérifier la rugosité des pièces comportant des surfaces très lisses ou des rugosités sur des pièces beaucoup trop petites pour permettre une mesure avec un rugosimètre tactile. Par ailleurs, les solutions laser ne sont pas assez précises pour le type de mesure que nous réalisons. »

Nouvelles perspectives concernant les procédés de coupe et l’usure des outils coupants

Basé sur la technologie de Variation Focale, le système de mesure Alicona permet de réaliser des mesures de rugosité 2D sur des profils (Ra, Rq, Rz) et de rugosité 3D sur des surface (Sa, Sq, Sdr). Avec jusqu’à 500 millions de points de mesure, les données mesurées sont robustes. De plus, la justesse des mesures de rugosité peut être vérifiée grâce à une gamme d’étalons de rugosité raccordés au système international via le laboratoire d’essais allemand (PTB).

En modifiant les vitesses de rotation et d’avance, Metallicadour cherche à optimiser les paramètres d’usinage afin d’obtenir un état de surface optimal des pièces aéronautiques.

Les données 3D acquises à haute résolution peuvent être comparées aux données CAO ou aux géométries de référence afin d’en vérifier la justesse. Ceci a permis à Pierre Courbun et à ses collègues de comprendre, dans le cadre de leurs travaux de recherche, les phénomènes de coupe et les indicateurs connexes : « Avec nos mesures, nous comparons différents outils et matériaux afin de caractériser la performance d’un processus de coupe. Nous étudions la corrélation entre les efforts de coupe, l’évolution de l’usure, l’évolution de la rugosité générée par l’outil pour en déduire la performance globale de l’outil pendant son cycle de vie complet. En outre, nous étudions également l’influence de ces paramètres sur la santé des couches superficielles de la matière par des mesures métallographiques et de contraintes résiduelles. »

Nouvelles perspectives concernant les procédés de coupe et l’usure des outils coupants

L’Alicona est également utilisé dans la mise au point de nouvelles solutions d’usinage. « Nous travaillons sur une solution de fabrication automatisée permettant le traitement de la pièce par un robot de fraisage. Après chaque étape du procédé, le composant est automatiquement mesuré afin de vérifier les dimensions et les écarts de forme éventuels par rapport à la géométrie cible. Ceci est réalisé par un autre robot équipé d’un capteur optique Alicona. En se basant sur les données de mesure haute résolution, la machine modifie automatiquement les paramètres du procédé pour la fabrication ultérieure » explique Pierre Courbun, ingénieur et chef de projet chez Metallicadour.

Dans le cadre d’une journée technique commune, Metallicadour et Alicona ont également fait la démonstration de la mesure de défauts sur des aubes de turbine et de nouvelles solutions de robot collaboratif pour le contrôle qualité de trains d’atterrissage, de disques de turbine et de composants de grande dimension. Les défauts sur les aubes de turbine et les moteurs, ainsi que d’autres éléments d’un avion, peuvent être critiques pour la sécurité, car ils peuvent créer des zones de contrainte qui, à leur tour, sont susceptibles de générer des fissures. Lorsque la concentration de contrainte locale est trop élevée ou si la fissure atteint une dimension critique, la zone de la pièce ne peut alors plus supporter les charges appliquées, ce qui peut entraîner une rupture soudaine. Les défauts peuvent être le résultat d’erreurs d’usinage, d’apparition de corrosion ou d’influences extérieures diverses, comme l’impact de pierres ou de débris. « Auparavant, les pièces étaient uniquement inspectées visuellement par un expert. Grâce au système de métrologie 3D optique d’Alicona, les non conformités de surface locales sont mesurées en automatique afin de permettre la quantification de leur forme et de leur taille au cours des étapes de maintenance et de développement du procédé », souligne Pierre Courbun. Si le défaut est en dehors d’une tolérance définie, il doit être réparé par abrasion jusqu’à ce qu’il devienne acceptable ; si ce n’est pas possible, la pièce est mise au rebut et remplacée.