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Ebauches : quelle est la méthode de découpe la plus appropriée?

Publié le 25 septembre 2013 par Evelyne Gisselbrecht
Source : (Source : Hempel)

Les matériaux utilisés dans la production d’appareils et surtout d’implants médicaux représentent un coût important. La logistique liée à ces matériaux, entre les besoins de réduire au minimum l’immobilisation matière sous la pression des directeurs financiers et la nécessité de stocks de sécurité pour assurer une réactivité suffisante sur le marché, est un casse-tête pour les fabricants de dispositifs médicaux.

Heureusement, l’industrie médicale n’est pas la première à être confrontée à ce dilemme. Elle peut tirer profit des expériences faites en Suisse par l’industrie horlogère. L’or et le platine sont des matériaux encore plus onéreux que le titane ou les alliages CoCrMo et leur immobilisation a des conséquences d’autant plus importantes sur les résultats financiers. Après avoir longtemps avantagé la découpe par étampage, les horlogers se tournent maintenant pour toutes les séries de pièces de taille modeste vers des techniques plus flexibles et moins gourmandes en temps de réglage et maintenance d’outillages.

Elle exige ainsi de ses fournisseurs des pièces le plus proche possible des cotes finies. Ces ébauches se sont rapidement imposées pour toutes les pièces issues des tôles laminées. Pour réaliser de telles ébauches, les installations modernes de découpe par laser et par jet d’eau permettent de reprendre rapidement les données d’un dessin CAD pour en tirer un programme de découpe. Plus besoin de découper les plaques à la cisaille pour en tirer des dimensions acceptables pour une presse. Les dimensions standards sont fixées directement sur la surface de travail de la machine pour en tirer le nombre de pièces de géométries semblables ou différentes que l’on souhaite. Les qualités de découpe sont réglables et généralement liées à la vitesse d’exécution (donc au prix).

Forces et faiblesses de la découpe d’ébauches par laser

La découpe par laser se fait par échauffement très local au-delà de la température de fusion. La première limitation de cette méthode est donc liée à la zone influencée thermiquement. Celle-ci présente des caractéristiques mécaniques et métallurgiques différentes du matériau de base. Elle dépend du matériau découpé et de l’épaisseur, mais ne dépasse généralement pas 0,1 mm. Les tensions induites par la zone affectée thermiquement peuvent provoquer une déformation plus ou moins importante de la pièce découpée, en particulier pour les pièces filigranes. Dans le pire des cas, cette déformation a une incidence directe sur la qualité de la coupe. Une deuxième limitation vient de la transmission de l’énergie qui est fortement dépendante de la conductivité thermique du matériau et de son point d’évaporation. Une mauvaise maîtrise du procédé ou des conditions peut conduire à la formation d’une zone fortement oxydée et présentant une rugosité grossière. La vitesse de découpe du laser reste largement supérieure à celle du jet d’eau. Son utilisation est par contre limitée par les caractéristiques du matériau dans les fortes épaisseurs (typiquement > 10 mm) où des installations plus puissantes et coûteuses sont nécessaires.

Forces et faiblesses de la découpe d’ébauches par jet d’eau

La découpe par jet d’eau de pièces métalliques se fait avec des abrasifs. La première limitation de cette méthode découle du fait que certaines particules abrasives s’incrustent dans la matière. Il faut garder à l’esprit que, non seulement la surface de coupe, mais également la surface avoisinant la coupe (perpendiculaire à la coupe) vont présenter un certain nombre de particules incrustées. Selon une étude, la morphologie des particules n’influence pas le degré d’incrustation car la plupart se brisent à l’impact et ce sont les fragments qui s’incrustent. La deuxième limitation est liée au fait que, contrairement au laser, le jet de coupe est dévié dans le matériau et ceci induit un angle de coupe. Les pièces découpées par jet d’eau présentent donc un cône plus ou moins prononcé. Ce phénomène dépend de la vitesse de coupe, de la dureté et du type de matériau à découpe. La taille des particules abrasives et la technologie de la machine semblent jouer un rôle secondaire. Des angles de 1 à 5° sont facilement mesurés lors de la découpe de titane grade 5 d’épaisseur 12 mm en fonction de la vitesse de découpe. Le jet d’eau permet de réduire drastiquement la rugosité de la face de coupe en fonction de la vitesse de découpe.

Choisir en connaissance de cause

L’utilisation d’ébauches permet de réduire les stocks matière de manière drastique. Les gains financiers lorsqu’il s’agit de matériaux coûteux tels que ceux destinés aux applications médicales conduisent de plus en plus fréquemment à leur recours. La meilleure méthode de découpe des ébauches en fonction de la matière, de l’épaisseur, des tolérances doit être choisie en toute connaissance de cause. Il faut savoir qu’autant la coupe par laser que la coupe par jet d’eau produisent des zones modifiées (soit thermiquement, soit par l’incrustation de particules du medium abrasif) qui nécessitent un traitement adapté pour la suite des opérations. Elles ont en revanche l’avantage de ne pas nécessiter d’outillages et sont donc particulièrement rapides et flexibles à mettre en œuvre.

Un centre de services moderne doit être à même de proposer un stock de matière de première qualité et une diversité de méthodes de découpe sous un même toit. Le client a ainsi le libre choix quant à la méthode qui lui convient le mieux. Certifiée ISO 13485, la société Hempel Special Metals, l’un des plus grands centre de services pour l’industrie médicale en Europe, conseille ses clients quant au meilleur moyen de produire des ébauches qui répondent aux exigences les plus sévères.

Contact : Hempel Special Metals AG, CH-8600 Dübendorf, www.hempel-metals.com

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