Des innovations hors pair

Il a fallu de longues heures de débat au jury du concours des Microns & Nano d’or pour choisir les lauréats de cette édition exceptionnelle.
Les prix (4 Microns d’Or et 2 Mentions spéciales cette année) ont distingué de nouveaux matériaux ainsi que des systèmes de fabrication indispensables pour répondre aux besoins extrêmes et en perpétuelle évolution de l’industrie microtechnique.

Lauréat Micron d’Or : Catégorie composants Microtechniques

VULKAM

— Nouveau procédé industriel de fabrication des micropièces plus performantes et plus résilientes, basé sur le thermo-moulage d’alliages métalliques amorphes Vulkalloys.

Les alliages métalliques amorphes (AMA ou verres métalliques) sont dotés d’une structure atomique désordonnée plutôt que cristalline. La société française Vulkam a réussi l’industrialisation de ces matériaux hors normes. Baptisés Vulkalloys, ces alliages amorphes sont trois fois plus résistants que les alliages de titane. Ce qui améliore la miniaturisation des implants et la chirurgie mini-invasive. Ces alliages sont également amagnétiques et résistants au frottement, des qualités intéressantes pour la réalisation de mouvements horlogers plus performants. Les Vulkalloys sont 40 % plus légers que la fabrication en alliages d’aluminium, plus résistants à la corrosion que les aciers inox, inrayables et cinq fois plus performants que les aciers pour la transmission de puissance. « Ils peuvent être moulés comme le plastique, ce qui permet de limiter les pertes de matières et l’impact environnemental », précise Sébastien Gravier, co-fondateur avec Alexis Lenain, de Vulkam. Parmi les formulations proposées par la start-up française, le Vulkalloy Ni permet la réalisation de pièces micromécaniques (transmission de puissance, ressorts, vis, ou composants de micromoteurs). Le même alliage peut être utilisé dans l’industrie horlogère pour fabriquer des composants de mouvements (cliquets, roues, pignons, axes) tandis que le Vulkalloy Zr-Inox est adapté à la production de pièces d’habillage. Dans le domaine médical, les Vulkalloys Zr-Med et Nb-Med servent à la fabrication d’instruments dentaires et chirurgicaux, d’implants, de pinces, de visserie ou encore d’outils coupants… « Chaque formulation dépend des propriétés visées (résistance mécanique, au frottement, à l’usure ou à la rayure, tenue en fatigue, flexibilité, amagnétisme, résistance à la corrosion, biocompatibilité, etc.) », explique l’expert. « Ainsi, Vulkam a la capacité de coupler les propriétés exceptionnelles de ses matériaux à des procédés de fabrication spécifiques, pour produire en cadence des pièces à forte valeur ajoutée. »
Les instruments de microchirurgie ou dentaires en Vulkalloy répondent aux défis des fabricants de dispositifs médicaux : amélioration de l’ergonomie et des performances des instruments, grande précision du geste chirurgical, invasivité faible, grande durabilité des instruments. De plus, ces alliages sont deux fois plus résistants que l’alliage médical de référence (TA6V), ce qui permet la réalisation de pièces jusqu’à deux fois plus petites. Les Vulkalloys Nb-Med sont, quant à eux, des alliages hautement résistants adaptés à la production de composants de dispositifs médicaux fortement sollicités. Outre leurs propriétés mécaniques, ils se distinguent notamment par des propriétés en frottement exceptionnelles, une excellente résistance à la corrosion en milieu physiologique ainsi qu’une tenue en fatigue inégalable. La technologie plateforme développée par Vulkam constitue son cœur de savoir-faire. Elle est associée à des procédés complémentaires et spécifiques, déployés et optimisés par gamme de produits.

Lauréat Micron d’Or : Catégorie démonstrateurs et prototypes micro et nanosystèmes réservés aux laboratoires

FEMTO-ST

— Micro-pince optique assemblée à l’extrémité d’une fibre optique étirée de 50 µm x 40 µm x 25 µm, premier démonstrateur d’une nouvelle génération de structures nanorobotiques.

Les chercheurs du département AS2M de l’Institut Femto-ST ont été récompensés pour la réalisation d’une structure nanorobotique tridimensionnelle actionnée de manière précise et continue en fonction de la puissance de la lumière pour la préhension de nano objets. « Cette structure poly articulée à base d’un origami de silice est extrêmement novatrice car elle est installée à l’extrémité d’une fibre optique étirée, qui correspond à la fois à son support et son moyen d’actionnement », expliquent Cédric Clévy, Yuning Lei et Jean-Yves Rauch, les chercheurs qui ont mis au point cette innovation avec Philippe Lutz, décédé subitement au printemps dernier. « Ces travaux ouvrent pour la première fois la voie à la préhension et la manipulation robotisée fiable et précise d’objets de dimensions nanométriques et s’avèrent particulièrement prometteur pour la manipulation de composants optiques ou électroniques miniaturisés. En effet, pour manipuler des pollens, mais aussi des cellules biologiques, des virus, voire des molécules isolées, il est nécessaire de disposer de moyens de préhension précis et fiables adaptés à ces objets de taille nanométrique. » Les charnières élastiques de la structure sont ainsi réalisées par pliage de la silice sous faisceau d’ion galium dans la station µROBOTEX du CMNR (Centre de Micro et Nano Robotique) soutenu par le PIA (Programme d’investissement d’avenir) TIRREX. L’ensemble est fabriqué à base d’une membrane de silice de moins de 1 µm d’épaisseur, sur laquelle un bilame aluminium/silice vient se souder. Ce dernier, chauffé par la lumière se déforme sous l’effet de la dilatation différentielle entre l’aluminium, métal très ductile qui s’allonge, et la silice, céramique non ductile. L’application d’une puissance lumineuse permet d’actionner la structure nanorobotique de manière précise et continue pour saisir ou relâcher des nano-objets. « Au-delà de cette démonstration sur un cas relativement simple, le nouveau procédé ouvre pour la première fois la voie à la réalisation de systèmes nanorobotiques poly-articulés, dotés de plusieurs degrés de liberté actionnés par la lumière », précisent les chercheurs de Femto-ST.

Lauréat Micron d’Or : Catégorie équipements microtechniques de machines de production ou de laboratoire

SYMÉTRIE

— Le système ultraprécis Mauka capable de positionner des charges allant jusqu’à 5 kg.

Spécialiste de systèmes de positionnement et de mouvement hexapodes, la société Symétrie a conçu une solution qui allie un faible encombrement avec une précision adaptée aux applications visées. Baptisé Mauka (le nom d’un vent de Hawaii), cet hexapode peut positionner des charges allant jusqu’à 5 kg avec une précision de 0,5 µm en translation et 5 µrad en rotation suivant les six degrés de liberté. Il offre des déplacements de 10 mm en X et Y, 20 mm en Z et 16° en rotation, peut rentrer dans un diamètre de 107 mm et mesure 198 mm de hauteur en position milieu. « Pour obtenir un diamètre aussi réduit, la géométrie utilisée est de type hexaglide et les moteurs sont montés en ligne », explique Olivier Lapierre, pdg et cofondateur de Symetrie. « Cette solution peut être utilisée dans toutes les orientations (verticale, horizontale ou selon une autre inclinaison) et est irréversible, même lors d’une coupure de courant ». Grâce aux codeurs linéaires absolus, il n’est pas nécessaire de réaliser une commande de prise d’origine à chaque fois que l’on rallume le contrôleur. La position de l’hexapode est connue immédiatement, sans avoir à mettre l’hexapode en mouvement.

Lauréat Micron d’Or : Catégorie machines de production, d’assemblage et de mesure/contrôle de produits microtechniques

PRÉCISE FRANCE (Groupe Pracartis)

— Precibot, mini centre d’usinage 3-5 axes de très haute précision, compact et léger.

Réalisé dans le cadre d’un programme de recherche FUI (Haute-Savoie) appelé ACROBOT, ce mini centre d’usinage à commande numérique de très haute précision est entièrement conçu et fabriqué en France. « Il nécessite une très faible consommation d’énergie quels que soient les matériaux usinés », explique son inventeur Alain Auffret, directeur technique du groupe Pracartis, qui a fait appel à des solutions utilisées dans la fabrication aéronautique. « De conception compacte en aluminium et carbone, et de faible poids pour des courses de 120 mm3, le Precibot a une très faible consommation d’énergie. Facilement transportable, cette machine, dont le poids ne dépasse pas les 100 kg, peut assurer sur site la maintenance de pièces de grandes dimensions des avions, des sous-marins ou des centrales nucléaires. »
Le Precibot dispose de trois moteurs linéaires et permet l’usinage sans lubrifiant. Sa consommation globale en CO2 pour sa fabrication, son utilisation et son reconditionnement est dix fois plus faible qu’une machine-outil traditionnelle. Une solution adaptée également aux besoins de l’horlogerie, de la fabrication de micro-précision et au médical.

Mention Spéciale du Jury

AMADA MACHINERY EUROPE

— Système de programmation des opérations de rectification de profil, reproductibles et précises au µm.

Le système de programmation mis au point par les spécialistes du constructeur japonais relie les fonctions de machines CNC et des systèmes autonomes. Les données CAO sont d’abord importées et la pièce à usiner est ensuite positionnée virtuellement sur la surface de serrage de la machine sous la forme d’un modèle solide en trois dimensions. Les surfaces à usiner peuvent être sélectionnées puis associées à une technologie de rectification et de dressage spécifique pour l’opération d’usinage respective. La sonde automatique, qui peut être installée sur toutes les machines Amada, et une commande de sonde pour les bruits de structure peuvent également être intégrées. Les positions de mesure peuvent être sélectionnées par un clic de souris pour générer un programme de mesure de meulage (y compris la compensation de mesure) pendant l’usinage. Le palpeur automatique est également utilisé pour synchroniser la position réelle de la pièce et la programmation virtuelle avant le démarrage de l’usinage. Le résultat est un usinage fiable avec des programmes et un fonctionnement structuré, quel que soit le temps de fonctionnement de la machine. Ces solutions de programmation vont de l’usinage simple et complexe au bridage multiple de différentes pièces sur la table d’usinage et l’intégration de têtes de division pour l’usinage 5 axes automatique. Les temps d’installation et de programmation sont considérablement réduits. Des fonctions d’apprentissage avec automatisation de programme, complétées par la technologie des capteurs de bruit de structure, sont intégrées dans le système durant l’usinage de la pièce. La commande du palpeur est intégrée dans le système de programmation et influence également le processus d’usinage. La haute précision de l’usinage de la pièce élimine le besoin d’un deuxième contrôle pendant l’usinage. Les dimensions sont vérifiées sur la machine elle-même avec une sonde automatique et tout écart est automatiquement compensé.

Mention Spéciale du Jury

DIXI POLYTOOL

— Système breveté d’arrosage directement intégré dans l’outil, permettant d’optimiser le processus de coupe.

Les fraises de petites dimensions sont affectées par des problèmes d’usure et de performances lors des opérations d’usinage, telles que le rainurage et l’usinage de poches. Pour éliminer ces inconvénients, Dixi Polytool a mis au point et breveté le concept Dixi Cool+, des microfraises dotées d’une bague d’arrosage directionnelle qui oriente et accélère la vitesse du lubrifiant au plus près de la zone de coupe. Avantages : les forces de coupe exercées sur l’outil sont divisées par deux, la température dans la zone d’usinage est sensiblement réduite et les copeaux sont évacués rapidement. Ce qui permet dans les usinages d’ébauche, de multiplier par deux les débits de copeaux. Les matières à usinabilité difficile, telles que le titane, les aciers inoxydables et superalliages sont usinées plus efficacement. Le principe du système est ingénieux : l’outil de coupe dispose de plusieurs canaux qui permettent au lubrifiant de le traverser depuis l’arrière vers la partie active à l’avant.