Le laboratoire de science des matériaux de l'université technologique de Tampere (TUT) à Tampere, en Finlande, mène des recherches de haut niveau sur la structure, les propriétés, le traitement et l'utilisation de pratiquement tous les types de matériaux. Avec le système de mesure optique 3D InfiniteFocus G5 de Bruker Alicona, ils analysent par exemple la morphologie des surfaces, vérifient le dimensionnement et évaluent les déformations de surface, les intensités et les mécanismes d'usure. En étroite collaboration avec l'industrie, une grande variété d'applications techniques est couverte. Les matériaux mesurés comprennent, entre autres, les métaux, les polymères, les textiles, le bois, le papier, les céramiques, les revêtements et les roches. En outre, le système de mesure optique 3D est utilisé pour mesurer la forme complète d'outils, de composants et de spécimens d'essai. Basé sur le principe de fonctionnement de la variation de focalisation, InfiniteFocus combine la faible profondeur de focalisation d'un système optique avec le balayage vertical pour fournir des informations topographiques et des informations sur les couleurs réelles à partir de la variation de focalisation.
Mesure rapide de grandes surfaces et de flancs abrupts
Les échantillons utilisés dans les essais de matériaux contiennent souvent des surfaces fracturées ou déformées, et l'on rencontre régulièrement des flancs abrupts ou des topographies de surface rugueuses. Bruker Alicona propose une solution unique pour documenter la totalité de la surface, même avec ces caractéristiques difficiles à mesurer. "Au départ, nous recherchions un système capable de mesurer des échantillons présentant à la fois de grandes surfaces de plusieurs centimètres carrés de large et des surfaces rugueuses, comme de grandes surfaces d'usure ou de fracture avec des pentes abruptes. Il était également important pour nous que le système de mesure soit relativement rapide. Une troisième exigence était la possibilité d'effectuer des mesures en faisant tourner l'échantillon et d'obtenir ainsi de véritables modèles 3D", expliquent Niko Ojala et Jarmo Laakso, chercheurs au laboratoire. Ils poursuivent : "Avec l'InfiniteFocus de Bruker Alicona, nous avons trouvé un système de mesure qui répond à nos besoins. En raison de la forte demande et de l'intérêt suscité par le système, le taux d'utilisation a atteint 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7".
Vérification géométrique des outils FSW pour le scellement des conteneurs de stockage de combustible nucléaire
Le groupe de recherche en science des matériaux appliqués du DMS propose son aide à tous les types d'entreprises pour tous les types de projets liés aux matériaux : "Pour citer un exemple, nous avons collaboré avec deux pays scandinaves pour mettre au point un système de contrôle des matériaux : En collaboration avec deux organisations scandinaves spécialisées dans la gestion des déchets nucléaires, SKB et Posiva Oy, nous avons pu vérifier la géométrie d'une sonde de soudage par friction-malaxage utilisée pour sceller les conteneurs de stockage de combustible nucléaire", souligne Jarmo. Le FSW (Friction Stir Welding) est une méthode de soudage dans laquelle la chaleur de friction est générée entre l'outil et le métal cible. Le métal se ramollit et se soude par mélange mécanique. La sonde étant destinée à ne pas être consommée, le défi consiste à empêcher le matériau de la sonde de fondre lorsqu'elle est déplacée le long de la ligne de soudage. La géométrie précise de la sonde est donc un facteur clé pour un processus de soudage efficace.
Mesure de la forme complète des outils
Avec une unité de rotation AdvancedReal3D en plus d'InfiniteFocus, ils ont obtenu des mesures de forme à 360° de ces sondes. Jarmo a ainsi pu examiner des dimensions telles que la longueur, le diamètre et le rayon, ainsi que la rondeur. Les rayons peuvent être mesurés jusqu'à une résolution latérale de 2 μm. Le respect des plus petites tolérances spécifiées est assuré en même temps. Les écarts de forme sont évalués par comparaison avec les données CAO. Contrairement aux méthodes conventionnelles, qui sont basées sur l'analyse de données 2D, le système de mesure Bruker Alicona fournit une quantification numérique et une caractérisation détaillée de la surface en 3D. Pour examiner la texture de la surface, les mesures comprennent non seulement la rugosité d'un profil linéaire, mais aussi des paramètres basés sur la surface : "Les mesures de rugosité basées sur la surface conduisent à une compréhension plus complète de l'état de la surface. En fonction du cas et de la demande du client, nous analysons à la fois les paramètres de rugosité basés sur le profil, tels que Ra, Rq, Rz, et les paramètres de texture de la surface, tels que Sa, Sq, Sz. En particulier pour les contacts lubrifiés, les valeurs de rugosité de surface basées sur la surface sont utiles pour étudier les performances des différents revêtements. Par exemple, des revêtements polymères nanostructurés d'une épaisseur de 20μm sur des substrats métalliques ont été évalués avec notre système", précisent Niko et Jarmo. La mesure des paramètres de surface basés sur la surface avec InfiniteFocus est conforme à la norme EN ISO 25178. Les mesures basées sur le profil, conformes à la norme EN ISO 4287/88, permettent de comparer les résultats optiques aux mesures tactiles.
L'une des exigences étant la mesure de grandes surfaces, le laboratoire n'a pas trouvé beaucoup d'appareils de mesure capables de répondre à cette exigence : "Auparavant, nous n'avions qu'un système d'interférométrie, mais il n'était pas capable de mesurer efficacement de grandes surfaces ; en fait, il aurait fallu des jours pour le faire. Avec Bruker Alicona, nous pouvons mesurer des surfaces allant jusqu'à 200 x 200 mm à une vitesse de mesure élevée", expliquent Niko et Jarmo. Comme les mesures de grandes surfaces nécessitent souvent de longues plages de profondeur de mesure - les échantillons pouvant avoir une forme incurvée, de grandes différences de hauteur ou une surface très déformée - InfiniteFocus s'est avéré être l'outil adéquat.
Quantification facile de la déformation des matériaux sur de grandes surfaces de mesure
Enfin, en utilisant la méthode MultiMeasurement offerte par le système InfiniteFocus, Niko et Jarmo ont trouvé une fonction qui s'est avérée très efficace pour gagner du temps : "Avec MultiMeasurement, nous pouvons mettre en place une routine de mesure automatique pour une douzaine d'échantillons à mesurer complètement l'un après l'autre ou mesurer plusieurs endroits sur ces échantillons avec un grossissement plus important. Cela permet d'économiser du temps de travail et du temps machine pour d'autres tâches, comme par exemple les heures de nuit qui peuvent être pleinement utilisées avec cette méthode", explique Niko. Jarmo et lui concluent leurs remarques en déclarant : "La polyvalence et l'agilité sont importantes, de même que la convivialité, et c'est ce que Bruker Alicona nous apporte".
