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