La texturation laser accroit la résistance à l’usure des pièces mécaniques lubrifiées à l’huile
L’une des raisons principales de défaillance opérationnelle des machines qui utilisent des pièces mobiles lubrifiées à l’huile (bagues, treuils, arbres à cames, etc.) est «la sous‑lubrification à l’huile». Elle survient lorsque le lubrifiant huileux ne recouvre pas l’ensemble des surfaces de friction mécanique, ou que l’épaisseur de la couche hydrodynamique n’est pas suffisante pour une lubrification adéquate. Ce phénomène est particulièrement fréquent dans certaines conditions, telles que les démarrages à froid, des vibrations ou des vitesses de rotation élevées. Les méthodes couramment utilisées (telles que les additifs d’huile, les pulvérisateurs thermiques ou les revêtements dépôt physique par phase vapeur) ont pour objectif d’améliorer la résistance générale à l’usure, mais elles ne peuvent pas prévenir le problème de sous‑lubrification lui‑même. De plus, ces technologies sont relativement coûteuses, elles ajoutent une complexité supplémentaire et ont un impact environnemental accru, mais, et c’est là le point le plus important, elles constituent des solutions qui ne résolvent pas le problème sous‑jacent. L’entreprise de transfert de technologie IfU Diagnostic Systems a mené une étude de faisabilité sur une nouvelle méthode pour modeler des surfaces de composants mécaniques à l’échelle micrométrique et nanométrique, appelée NGenMech. Un financement de l’UE (soutien de phase 1 de l’Instrument PME) a permis au projet NGenMech de rapprocher cette technologie de sa mise sur le marché en effectuant une analyse du marché plus détaillée, en développant un plan commercial et en finalisant l’analyse de la faisabilité technologique, la validation de cette technologie et l’évaluation des risques, et en mettant à jour le DPI et les stratégies d’investissement.
Des lasers à impulsion ultra-brève
Les lasers à impulsion ultra-brève émettent des impulsions de lumière généralement comprises dans une fourchette de durées allant des femtosecondes aux picosecondes. Étant donné que la densité énergétique obtenue sur le site du composant subissant le traitement peut être extrêmement élevée (par ex. une impulsion de 10 picosecondes avec 100 microjoules d’énergie peut atteindre un pic de puissance de 10 mégawatts), cela offre la possibilité d’obtenir une surface de micro usinage par ablation par le froid. L’ablation par le froid est un processus précis de retrait de matériau par évaporation ou par sublimation, plutôt que de le faire bouillir, générant ainsi une texturation de qualité élevée sans réchauffer la zone affectée. «Le problème avec les méthodes classiques pour combattre “la sous‑lubrification à l’huile” est qu’elles ciblent la résistance à l’usure en général, en appliquant une approche statique comme solution d’un problème dynamique», indique Antje Wilhelms, coordinateur du projet. L’utilisation de telles pièces de précision modelées par laser peut diviser le coefficient de friction par deux ou trois, améliorer leur performance et leur fiabilité, et réduire les besoins de maintenance. Elle peut dans l’ensemble doubler la durée de vie de la machine entière.
Une production et une consommation plus écologiques
La technologie NGenMech réduirait la quantité de matières premières requises par les fabricants, ainsi que le besoin de remplacer les lubrifiants à l’huile, et elle abaisserait les coûts et les arrêts de production. Pour les consommateurs, cela serait synonyme de produits plus durables avec moins d’entretien et moins de temps d’arrêt, tandis que les fabricants bénéficieraient d’avantages à valeur ajoutée supérieure avec une réduction de la matière première et de la consommation énergétique. Pour porter NGenMech sur le marché, cette technologie doit être automatisée et dûment calibrée sur une ligne de production démonstratrice d’un partenaire industriel. IfU est actuellement engagé avec plusieurs compagnies industrielles intéressées dans la commercialisation de la technologie NGenMech. «Techniquement, la prochaine étape immédiate consiste à concevoir et tester les textures de surfaces optimales pour différentes applications, tout comme les surfaces des pneus de voitures sont conçues et optimisées pour différentes conditions météorologiques», indique Antje Wilhelms.
Mots‑clés
NGenMech, huile, lubrification, machine, usure, laser, impulsion
