Le défi et la promesse des micro-outils

Il est difficile de fabriquer un outil de coupe d’un diamètre d’un millimètre ou moins. C'est aussi un défi d'utiliser un tel outil. Mais lorsque les deux côtés de l’équation réussissent, les résultats sont étonnants : de minuscules éléments qui ne peuvent être pleinement appréciés sans un microscope. Et les applications se multiplient.

Uwe Heinrich, nouveau responsable du développement commercial chez Mastercut Tool Corp., Safety Harbor, Floride, a observé que « les micro-outils jouent un rôle très important dans toutes les industries ». Outre des exemples évidents comme les cartes de circuits imprimés et les dispositifs et implants médicaux et dentaires, Heinrich a cité l'optique, non pas tant pour couper le verre, mais pour fabriquer les minuscules moules nécessaires à la production de pièces.

Oliver Rapp, responsable R&D du groupe Ceratizit, basé à Balzheim, en Allemagne, a déclaré que les clients de Ceratizit utilisent des micro-outils principalement dans les secteurs médical, de la construction de machines et de la bijouterie. Sherry DePerno, présidente et directrice générale d'Advanced Tool Inc., basée à Marcy, dans l'État de New York, a déclaré que les injecteurs de carburant et les attaches de sécurité pour l'automobile et l'aérospatiale constituent une part importante de leur marché des micro-outils.

Brent Broderick, directeur principal des comptes stratégiques et spécialiste national des produits pour les outils ronds pleins chez ARCH Cutting Tools, Bloomfield Hills, Michigan, est du même avis. Il a ajouté que les fixations en Inconel et en acier inoxydable dans l'aérospatiale sont une autre utilisation importante. Broderick a également déclaré que les fraises en bout sont le type d'outil qui connaît la croissance la plus rapide, car le micro-perçage s'est « presque maximisé ». De plus, « de plus en plus d'entreprises commencent à utiliser les fraises en bout comme outil de perçage ». Il a expliqué que pour des caractéristiques telles qu'un petit trou avec un lamage, les progrès de la technologie des outils et des machines-outils permettent de plonger et d'interpoler un trou, combiné avec le lamage, à l'aide d'une fraise spécialisée. Heinrich a ajouté que le fraisage peut également produire un trou plus précis que le perçage. Le threading est bien entendu une autre opération clé pour ces outils.

Cette étude rapide met en évidence un défi crucial pour le fabricant d'outils : comment optimiser au mieux la géométrie et les matériaux des outils pour chaque application unique, du titane et du chrome-molybdène dans les implants médicaux aux Inconels dans les buses aérospatiales.

Comme l'explique Heinrich, « la clé de l'usinage est toujours de comprendre les caractéristiques d'usinage d'un matériau donné. Par exemple, l’aluminium est assez mou, donc cela devrait être assez léger. Mais les caractéristiques d’usinage signifient que vous rencontrez généralement des problèmes tels que des arêtes rapportées, où le copeau atterrit sur une partie de la flûte et, avec le temps, enlève le tranchant de l’arête de coupe. Cela altère l’état de surface de la pièce et conduit rapidement à la casse de l’outil.

Heinrich a comparé cela au titane, avec son faible module d'élasticité. « Vous avez beaucoup de vibrations et généralement trois fois plus de chaleur car la chaleur n’est pas évacuée dans la puce. Vous avez donc besoin d’un micro-outil extrêmement résistant, avec une géométrie qui réduit les vibrations et un revêtement capable de protéger contre la chaleur excessive.

En bref, Heinrich voit quatre paramètres importants dans la création d'un micro-outil de haute qualité. Premièrement, il nécessite une conception géométrique qui s’adapte aux caractéristiques d’usinage de la pièce. Deuxièmement, la nuance de carbure la plus appropriée doit être identifiée. Troisièmement, meulez l'outil avec la meilleure surface possible. Et enfin, « complétez le tout avec un revêtement adapté ». Pour un implant dentaire en zircone, le meilleur revêtement consiste à « faire croître un cristal de carbone (c'est-à-dire du diamant) sur le substrat en carbure par CVD », a-t-il ajouté. Une application de découpe de métal peut avoir un revêtement PVD complètement différent.

Même si tous les grands acteurs du secteur disposent de produits standards, la personnalisation devient monnaie courante. Broderick a donné l'exemple de la nécessité de couper une caractéristique avec une profondeur de 0,020" (0,5 mm). « Nous concevions un outil avec une longueur de coupe de 25 ou 30 millièmes, par rapport à un outil standard avec, disons, une longueur de deux millimètres. couper." En effet, pour un diamètre donné, un outil avec une longueur de coupe plus longue serait plus faible, toutes choses étant égales par ailleurs. Et les micro-outils sont par nature « doux et cassants », a déclaré Broderick. « Si vous pouvez fabriquer l'outil spécifique à l'application, le plus souvent, vous pouvez largement surpasser un produit standard disponible dans le commerce.