Matériaux en usinage : les avancées récentes

Il y a eu de nombreuses avancées récentes dans les matériaux utilisés en usinage, voici quelques exemples :

  • Matériaux composites : Les matériaux composites, tels que les fibres de carbone renforcées de polymères (CFRP), sont de plus en plus utilisés dans l’usinage en raison de leur résistance élevée à la traction, à la flexion et à la torsion. Ces matériaux sont souvent utilisés dans les applications aéronautiques, de construction de bâtiments et de voitures de sport.
 
  • Métaux durs : Les métaux durs, tels que les céramiques et les superalliages, ont des propriétés mécaniques élevées et une résistance à l’usure supérieure à celle des aciers trempés traditionnels. Ces matériaux sont souvent utilisés pour les outils coupants, les roulements et les pièces d’usure.
image d'une pièce synthétisée par de la poudre
  • Matériaux bio-inspirés : Les matériaux bio-inspirés, tels que les nacre et les os, sont inspirés de la nature et ont des propriétés mécaniques uniques. Par exemple, les matériaux de nacre sont très résistants à l’impact et aux chocs thermiques. Les matériaux bio-inspirés sont utilisés dans des applications allant des équipements de protection personnelle aux capteurs et aux dispositifs médicaux.
 
  • Matériaux magnétiques : Les matériaux magnétiques, tels que les alliages à base de terres rares, sont utilisés pour des applications spécifiques, comme les moteurs électriques, les générateurs, les aimants permanents et les capteurs.
 
  • Matériaux à base de silicium : Les matériaux à base de silicium, tels que les silicides de métaux de transition, les siliciures de métaux de transition et les silicides de terres rares, ont des propriétés mécaniques et électroniques uniques. Ces matériaux sont utilisés dans des applications électroniques, comme les semi-conducteurs, les capteurs et les batteries.

Il est important de noter que ces exemples ne sont qu’une illustration des avancées récentes en usinage, et que les avancées technologiques continuent à ouvrir de nouvelles opportunités.

Les matériaux composites en usinage

Les matériaux composites sont des matériaux formés par la combinaison de deux ou plusieurs matériaux différents pour obtenir des propriétés mécaniques supérieures à celles des matériaux utilisés séparément. Les matériaux composites les plus couramment utilisés dans l’usinage sont les fibres de carbone renforcées de polymères (CFRP), les fibres de verre renforcées de polymères (GFRP) et les fibres de kevlar renforcées de polymères (KFRP).

Les fibres de carbone renforcées de polymères (CFRP) sont utilisées pour leur excellente résistance à la traction, à la flexion et à la torsion. Les CFRP sont souvent utilisées dans les applications aéronautiques pour réduire le poids des structures et améliorer les performances. Les CFRP sont également utilisées dans les voitures de sport pour améliorer les performances et réduire le poids.

Les fibres de verre renforcées de polymères (GFRP) ont une résistance à la traction et à la flexion similaire aux CFRP, mais une résistance à la torsion inférieure. Les GFRP sont souvent utilisées dans les applications de construction de bâtiments, comme les poutres, les poutres et les panneaux pour améliorer la résistance et la durabilité des structures.

Les fibres de kevlar renforcées de polymères (KFRP) ont une résistance élevée à l’abrasion et à la coupure. Les KFRP sont souvent utilisées dans les applications de protection personnelle, comme les gants, les casques et les vêtements pour protéger les travailleurs des risques d’abrasion et de coupure.
L’usinage des matériaux composites est plus difficile que celui des matériaux traditionnels, comme les métaux et les plastiques, en raison de leur anisotropie (propriétés mécaniques différentes dans différentes directions) et de leur fragilité. Il est important de choisir les bons outils de coupe, les paramètres d’usinage appropriés et de respecter les pratiques de manipulation appropriées pour garantir un usinage efficace et précis des matériaux composites.

Les métaux durs

Les céramiques sont des matériaux inorganiques non métalliques qui sont fabriqués à partir de minéraux comme l’alumine, le nitrure de bore et le carbure de silicium. Les céramiques ont une dureté élevée et une résistance à l’usure supérieure à celle des aciers trempés, ce qui les rend idéales pour les outils coupants tels que les fraises, les forêts et les lames de scie. Les céramiques sont également utilisées pour les roulements et les pièces d’usure pour augmenter leur durée de vie.

Les superalliages sont des alliages métalliques qui ont des propriétés mécaniques élevées, comme une résistance à la chaleur et une résistance à l’usure, en raison de l’ajout de métaux de transition tels que le nickel, le chrome et le tungstène. Les superalliages sont souvent utilisés pour les pièces d’usure, les roulements et les outils coupants pour augmenter leur durée de vie et réduire les coûts d’entretien.

L’usinage des métaux durs est, comme nous pouvons l’imaginer, plus difficile que celui des matériaux traditionnels, comme les aciers trempés, en raison de leur dureté et de leur fragilité. Tout comme pour les matériaux composites, il est important de choisir les bons outils de coupe.

brique en matériau bio-sourcé

Les matériaux bio-inspirés

La nature reste une grande source d’inspiration en ce qui concerne les matériaux. Les matériaux bio-inspirés sont la plupart du temps du biomimétisme afin de pouvoir rester « transparent » vis à vis des tissus organiques qu’ils vont remplacer/compléter. On retrouve 3 grandes catégories :

  • Biomatériaux métalliques

Nous retrouvons dans cette catégorie le titane, le plus connu et utilisé grâce à ses bonnes propriétés mécaniques et à résistance à la corrosion. Nous pouvons également mentionner l’acier inoxydable tout en incluant les alliages à partir de ces matériaux.

  • Biomatériaux céramiques

Les céramiques sont souvent utilisées pour les implants dentaires (odontologie) mais également pour la chirurgie orthopédique. Hormis l’alumine lest autres matériaux ne sont pas très connus du grand public. On peut citer : l’hydroxyapatite, la zircone ainsi que le phosphate tricalcite.

  • Biomatériaux polymères

Les polymères sont bien adaptés aux applications biomédicales en raison de la grande diversité de leurs propriétés. Néanmoins ils sont moins résistants que les métaux et les céramiques et ils peuvent se déformer et se dégrader avec le temps (produire des dérivés toxiques). Ils restent tout de même de très bon candidats pour la fabrication de prothèses.

Matériaux Magnétiques

Les matériaux magnétiques ont des propriétés particulières qui peuvent poser des défis lors de l’usinage. Voici quelques-unes des contraintes d’usinage des matériaux magnétiques:

  1. Dureté élevée: Les matériaux magnétiques, tels que les aciers à aimant permanent, sont souvent très durs, ce qui peut rendre difficile l’usinage. Des outils de coupe spéciaux sont souvent nécessaires pour usiner ces matériaux.
  2. Magnétisme: Les matériaux magnétiques sont, par définition, magnétiques, ce qui peut causer des problèmes lors de l’usinage. Les copeaux peuvent devenir magnétiques et coller à l’outil de coupe, ce qui peut endommager l’outil et réduire la qualité de la surface usinée. Des techniques d’usinage spéciales sont nécessaires pour minimiser l’effet magnétique.
  3. Fragilité: Certains matériaux magnétiques, tels que les ferrites, peuvent être très fragiles et se fissurer ou se casser facilement pendant l’usinage. Des techniques d’usinage spéciales, telles que l’usinage par électroérosion, peuvent être nécessaires pour éviter ce problème.
  4. Propriétés thermiques: Les matériaux magnétiques ont souvent des propriétés thermiques particulières, telles qu’une faible conductivité thermique. Cela peut causer des problèmes de refroidissement pendant l’usinage, ce qui peut réduire la durée de vie de l’outil de coupe.

Matériaux en usinage à base de silicium

Les matériaux à base de silicium sont largement utilisés dans de nombreuses industries, notamment dans la fabrication de semi-conducteurs, de dispositifs optoélectroniques, de capteurs et de cellules solaires. Voici quelques-unes des contraintes liées à l’usinage de matériaux à base de silicium :

  1. Dureté élevée : Les matériaux à base de silicium, tels que le carbure de silicium, sont extrêmement durs et difficiles à usiner avec des outils de coupe conventionnels. Des outils spéciaux, tels que des outils diamantés, sont souvent nécessaires pour usiner ces matériaux.
  2. Fragilité : Les matériaux à base de silicium sont souvent très fragiles et peuvent se fissurer ou se casser facilement pendant l’usinage. Des techniques d’usinage spéciales, telles que l’usinage par ultrasons ou par laser, peuvent être nécessaires pour éviter ce problème.
  3. Propriétés thermiques : les matériaux à base de silicium ont une conductivité thermique élevée plutôt qu’une faible conductivité thermique. En raison de cette propriété, le silicium est souvent utilisé dans les applications où une bonne dissipation de chaleur est nécessaire, telles que les circuits intégrés et les cellules solaires. Cependant, lors de l’usinage de matériaux à base de silicium, des problèmes thermiques peuvent survenir en raison de la faible conductivité thermique des matériaux environnants, tels que les outils de coupe et les supports de travail. Les problèmes thermiques peuvent causer des dommages aux outils de coupe et affecter la qualité de la surface usinée. Par conséquent, des techniques d’usinage spéciales, telles que l’usinage sous liquide de refroidissement, peuvent être nécessaires pour éviter les problèmes thermiques et obtenir des résultats de qualité.
  4. Contamination : Les matériaux à base de silicium sont très sensibles à la contamination, ce qui peut causer des problèmes de qualité et de performance des produits finis. Les outils de coupe et les machines doivent être soigneusement nettoyés et maintenus propres pour minimiser la contamination.

En résumé, les matériaux à base de silicium sont très utiles pour l’usinage en raison de leur haute résistance à la chaleur et de leur excellente conductivité thermique. Le silicium métallique est utilisé pour les opérations d’usinage à haute vitesse tandis que le silicium carbide est utilisé pour les opérations d’usinage de finition et de polissage. Ces matériaux sont utilisés pour usiner des métaux, des matériaux non métalliques, des semi-conducteurs et des composants électroniques, et dans de nombreux autres secteurs industriels.

Que ce soit à partir d’impression 3D, d’usinage ou encore d’injection, n’hésitez pas à nous soumettre votre fichier directement depuis notre site Internet.