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Nanostructured gripping material for clamping complex workpieces

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Un système de serrage révolutionnaire permet d’améliorer considérablement la fabrication de pièces planes complexes

En raison de la complexité de nombreuses pièces d’aéronefs, leur fabrication nécessite plusieurs opérations de serrage à la fois coûteuses et limitées. Une initiative de l’UE a donné naissance à un système prometteur de fixation par adhérence pour ces pièces.

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«Il manquait une solution totalement efficace pour le serrage de pièces d’aéronefs complexes, ou les solutions existantes avaient tout du moins besoin d’une amélioration considérable», observe Ana Pascual, responsable technique du projet TGRIP financé par l’UE. Les conditions nécessaires à un serrage efficace ne sont pas encore réunies. De plus, les technologies de serrage ne peuvent répondre entièrement à ces exigences en raison des limitations en place. Après avoir analysé les besoins en serrage du marché, l’équipe du projet a proposé une solution alternative qui utilise des adhésifs réversibles, baptisée F-GRIP. «Il a été difficile de trouver le bon adhésif pour deux raisons», souligne Ana Pascual. Tout d’abord, il doit permettre une très forte adhérence, afin de fixer solidement les matières premières et résister à des conditions d’usinage difficiles, même pour des matériaux exigeants comme le titane. La pièce finale doit ensuite être libérée après l’usinage, de sorte que l’adhésif doit pouvoir se décoller facilement.

Générer une force de serrage et d’adhérence inégalée

Étant donné que ce matériau n’existait pas sur le marché des adhésifs, les membres de l’équipe ont mis au point un adhésif polymère spécifique qui offre une forte adhérence (1 000 N/cm2) et la possibilité de se décoller à l’aide de la température. L’innovation repose sur un dispositif de serrage sur mesure, où sont placés les adhésifs et un système de contrôle de la température. Le contrôle de la température permet de coller et de décoller tous types de matériaux avec une force de serrage élevée. Étant donné qu’une faible pression doit être appliquée sur l’adhésif pour obtenir une force aussi élevée, F-GRIP est capable de serrer fermement sans endommager ni déformer la pièce. De plus, le serrage n’est appliqué que d’un côté de la pièce, ce qui ne compromet pas les zones à usiner. La formulation de l’adhésif est traitée dans des disques ronds solides de 10 à 30 mm de diamètre et de 1 mm d’épaisseur. Ils sont faciles à manipuler et peuvent également être recyclés. La force de serrage de cette solution écologique est dix fois supérieure à celle des technologies à vide. Contrairement aux systèmes magnétiques, elle peut serrer tous les matériaux. Cette technologie permet de serrer aussi bien des surfaces planes que des surfaces courbes, ce qui est très difficile, voire impossible, avec d’autres systèmes de serrage. De plus, elle peut davantage serrer un côté d’une pièce, ce qui est impossible avec des mâchoires mécaniques. En outre, le système n’endommage et ne déforme pas les pièces; il peut être appliqué à un large éventail de matériaux et de formes. Le système F-GRIP breveté apportera des avantages importants à l’étape de serrage lors de la fabrication de pièces de grande valeur comme les structures de fuselage ou les pièces de moteur. Il est capable de serrer de nouvelles pièces impossibles à réaliser avec les technologies actuelles en raison de la complexité de leur géométrie. Cette technologie est capable de réduire le nombre d’opérations de serrage, d’augmenter les contraintes d’usinage, parfois limitées par un serrage inefficace, d’améliorer la qualité de la pièce usinée finale en termes de précision et de surface de finition, ainsi que de diminuer le nombre de pièces défectueuses générées dans le processus d’usinage en raison d’un serrage inadapté.

Mettre à l’échelle la fabrication et les activités de F-GRIP

Les partenaires du projet ont validé avec succès la technologie F-GRIP. Ils ont conçu et fabriqué plusieurs démonstrateurs pour la production en série de pièces telles que des aubes de turbine d’avion, des pièces de moteur d’avion en titane et de fines pièces en aluminium pour les cockpits. «D’après les réactions, les clients potentiels envisagent le F-GRIP comme une véritable solution pour leurs futurs produits», admet Ana Pascual. «Pour rendre la solution clé en main réellement unique, les exigences en matière d’adhésif et de fixation ont été adaptées aux besoins du marché.» Le consortium a construit une usine pilote pour produire son propre adhésif d’une capacité de production d’environ 150 kg par an. Elle a analysé une grande usine afin de déterminer la manière dont une installation industrielle de production d’adhésifs peut répondre à la demande à venir. Enfin, les présentations du F-GRIP lors des principaux salons professionnels européens ont permis de nouer plus de 200 contacts avec des clients potentiels.

Mots‑clés

TGRIP, serrage, adhésif, F-GRIP, aéronef, usinage, système de serrage, dispositif de serrage, pièce d’aéronef

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