MACHCERAMTM : Un procédé hybride de fabrication de céramiques techniques

Les céramiques techniques sont régulièrement mises à l’honneur dans l’industrie de l’Horlogerie et de la Joaillerie. Leurs propriétés de dureté (résistance à la griffe), de légèreté et d’inaltérabilité sont particulièrement recherchées. La haute technicité de ces matériaux les destine principalement à des produits haut-de-gamme. Actuellement, les modèles en céramique sont principalement réalisés grâce à l’injection céramique (CIM), seul procédé autorisant une productivité élevée mais présentant plusieurs limitations en termes de géométries, de rentabilité pour les petites séries, de performances mécaniques des matériaux obtenus, de préséries. Parmi les autres procédés de mise en forme, l’utilisation du fraisage (sur pièces pré-frittées ou denses) reste très marginale en raison des risques d’endommagement significatifs des pièces. Enfin, les procédés de fabrication additifs bien que très médiatisés ne permettent absolument pas d’atteindre les performances matériaux requises et ne sont pas non plus satisfaisants en terme de productivité. Compte tenu des choix technologiques limités pour la mise en forme des céramiques techniques, les géométries de pièces envisageables restent assez basiques et certains designs restent actuellement hors d’atteinte. En outre, la technologie de moulage par injection requiert la réalisation préalable des moules d’injection, opération coûteuse (plusieurs milliers d’euros à plusieurs dizaines de milliers d’euros par moule). Cette limitation disqualifie de facto la technologie pour des séries limitées. Dans le domaine joailler, le problème est évident car lors de la commercialisation d’une bague en céramique, il faut prévoir toutes les tailles de doigts (28 !!) et donc 28 moules. Certaines collections exclusives ne sont donc pas économiquement viables.

Par ailleurs, les performances mécaniques des pièces céramiques injectées sont de l’ordre de 25% inférieures à celles de pièces pressées-usinées. Les horlogers se livrant une perpétuelle course à la performance, les limitations inhérentes au moulage par injection sont de plus en plus rédhibitoires. Enfin, l’élaboration des matrices d’injection repose sur une procédure fortement itérative (essais-erreurs) lente et par conséquent très couteuse (plusieurs mois sont souvent requis) qui limite fortement le développement de préséries à destination des directeurs de collection. Pour résoudre ces limitations, Optec S.A. propose une nouvelle approche dans l’élaboration de céramiques techniques. Dans le cadre du prochain salon de Genève, notre société présentera le procédé MACHCERAM™, fruit d’une collaboration intensive avec le CRIBC (Centre de Recherche de l’Industrie Belge de la Céramique). Le procédé MACHCERAMTM combine le micro-fraisage des céramiques (ébauche des pièces) et un usinage laser (finition des pièces) à l’état cru.

L’hybridation de techniques de mise en forme distinctes vise à profiter des avantages offerts par chacune d’entre elles. Lorsque la combinaison est pertinente, il devient possible de dépasser les limitations de chaque technique.

A l’instar du tournage, le fraisage des céramiques à l’état cru est utilisé depuis de nombreuses années à l’échelle industrielle. Les taux d’enlèvement de matière sont généralement élevés et l’usure d’outils reste négligeable. Toutefois, la matière crue est très sensible aux chocs et aux efforts, ce qui limite les possibilités de réalisation. Ainsi, l’obtention de parois et segments fins à l’état cru est presque impossible en raison des contraintes engendrées par l’outil de coupe.

A contrario, le laser est un outil parfaitement adapté à l’usinage de détails fins. La dimension typique d’un spot laser est en effet bien inférieure aux mèches communément utilisées (soit environ quelques dizaines de microns (entre 20 - 50 μm) contre quelques centaines de microns (200 - 500 μm). En outre, les équipements de gravure laser utilisent des têtes galvanométriques qui présentent des cinématiques jusqu’à 100 fois plus rapides que les meilleures machines de fraisage.

Pour la réalisation de motifs complexes et répétitifs, le laser s’avère par conséquent incomparablement supérieur à l’usinage mécanique. Enfin, s’agissant d’un usinage sans contact, le niveau de contraintes généré sur la matière à usiner est très limité (voire inexistant) ce qui autorise la fabrication de motifs ou parois fines inaccessibles au fraisage mécanique De nombreux exemples de réalisation de pièces complexes destinées à l’horlogerie de luxe et à la joaillerie seront présents dans le cadre du salon (Je vais insérer quelques photos représentatives de nos derniers essais)