L'usinage assisté par laser pour des métaux difficiles
Les alliages à base de titane et de nickel, ainsi que l'acier inoxydable et les alliages d'aluminium à haute résistance, sont de plus en plus utilisés pour réaliser des pièces comme les anneaux d'admission d'air pour les moteurs aéronautiques, les anneaux de jante et les composants des systèmes d'échappement. Il est cependant difficile d'usiner ces matériaux. Parallèlement, les fabricants sont confrontés à une autre difficulté, qui consiste à utiliser ces matériaux pour réaliser à faible coût des formes complexes. Le repoussage du métal offre un certain nombre d'avantages comme des temps de réglage courts, de faibles coûts d'outillage et la possibilité de réaliser plusieurs étapes du processus avec un seul serrage. L'objectif du projet EASYFORM (Laser-assisted metal spinning for an efficient and flexible processing of nickel- and titanium-alloys), financé par l'UE, était d'améliorer l'utilisation industrielle du repoussage assisté par laser afin de traiter des alliages de titane et de nickel. L'utilisation de lasers pour chauffer un point précis permet d'améliorer la formabilité des matériaux et d'éliminer les traitements thermiques supplémentaires, longs et coûteux. Des entreprises spécialisées dans le repoussage des métaux, des organismes de recherche et un fabricant de machines-outils se sont unis pour développer le processus de formage et la technique du système utilisé. Les partenaires d'EASYFORM ont en particulier conçu une tête d'usinage laser pouvant être intégrée à un équipement conventionnel de repoussage du métal. Ils ont également développé des concepts innovants pour intégrer la source laser dans un tour de repoussage. Ils ont défini toutes les interfaces système entre le tour de repoussage, le laser, la tête d'usinage laser et l'instrumentation de mesure. Ils ont également développé des méthodologies pour former des composants à haute performance constitués d'alliages de titane et de nickel, ainsi que les règles nécessaires pour le contrôle qualité. Pour définir la méthodologie d'usinage nécessaire, l'équipe du projet a caractérisé la microstructure des matériaux sélectionnés. Les chercheurs ont dérivé les courbes de contrainte-déformation dépendantes de la température, et identifié un intervalle de températures pour les alliages nickel et aluminium, d'acier inoxydable et d'aluminium haute résistance. En fonction des résultats de cette analyse, les chercheurs ont développé pour chaque matériau des stratégies de chauffage localisé, et établi les processus optimaux de traitement. L'optimisation s'est appuyée sur un travail expérimental et des simulations par éléments finis. La technologie de repoussage de métal assistée par laser du projet EASYFORM devrait dynamiser la compétitivité des entreprises européennes du secteur de l'usinage des métaux. Son utilisation permettra de réduire les temps et les coûts de production, tout en améliorant la qualité des produits.
Mots‑clés
Usinage assisté par laser, titane, composants de moteurs d'avion, repoussage des métaux, alliages à base de nickel
