S’ouvrir à l’infiniment petit pour de nouvelles opportunités

Le micro-usinage permet de fabriquer dans des dimensions très petites, soient en bas de 200 micromètres (100 étant le diamètre d’un cheveu), avec des précisions de l’ordre d’au moins 0,0001 po. (à titre d’exemple en usinage classique, à titre d’exemple, on travaille avec des millimètres). Le défi : usiner sans chauffer, tout en tenant compte des applications.

Selon Dr. Evgueni Bordatchev, chef d’équipe, revêtements spécialisés et microfabrication, automobile et transport de surface au CNRC, « Le micro-usinage permet d’ajouter (en impression 3D, par exemple), de retirer (découpage ou ablation laser) ou de modifier (refonte) des surfaces, des fonctionnalités ou des formes présentant des microparticularités ou des nanoparticularités comme la finesse de la surface ou les dimensions de la forme. »

Des techniques à la fine pointe

Fréquent en microélectronique, la gravure chimique est la méthode la plus répandue dans le domaine du micro-usinage. « Elle consiste à masquer la pièce et à la bombarder chimiquement à l’endroit où on retrouve des ouvertures, explique Saïd Elkoun, directeur du Département de génie mécanique de l’Université de Sherbrooke. On intègre ensuite des composants qui sont soudés les uns aux autres en une seule opération. »

Impulsions laser

De plus, les méthodes de micro-usinage laser s’adaptent bien à un usinage à très petite échelle. « Ils sont aujourd’hui plus puissants et plus performants, ajoute monsieur Elkoun. De plus, ils fonctionnent avec des longueurs d’onde que l’on peut choisir. »

Sans contact ou sans possibilité de contamination des surfaces, la soudure laser permet de fabriquer des pièces sans colle offrant une meilleure résistance aux chocs tout en étant plus stable et plus durable. De toutes les techniques laser utilisées, le découpage par laser est le procédé le plus courant dans l’industrie de la fabrication mécanique actuelle.

Par ailleurs en industrie, le laser à gaz CO₂ est l’un des lasers les plus utilisés. « Il peut émettre dans l’infrarouge beaucoup de puissance à coût relativement faible, explique David Gay, chercheur à INO (Institut National d’Optique). Lors d’un traitement laser, on obtient des effets thermiques importants. On peut chauffer localement la pièce à usiner jusqu’à la faire fondre ou la vaporiser. On s’en sert, entre autres, pour polir des surfaces, pour découper et mettre en forme du verre. »

Couper à l’arc électrique

La technique par arc électrique (connue sous le vocable EDM ou Electric Discharge Mecanic), quant à elle, permet de fabriquer des électrodes spécialisées. Ces outils délicats servent à échantillonner les activités électriques dans notre corps comme l’électrocardiogramme ou encore monitorer le cœur, les activités musculaires ou autres.

On utilise des versions micro-usinées. « Plus on est en mesure de concentrer l’arc, indique Benoît Gosselin, directeur du Laboratoire de recherche sur les microsystèmes biomédicaux de l’Université Laval, plus on peut aller chercher des dimensions de micro-usinage petites, les dix microns de précision. L’arc électrique permet de soutirer certaines matières et de sculpter en trois dimensions. »

« La nature des matériaux dépend du type d’équipement, admet Luc Martin, Chef principal, fabrication, Services de conception et de fabrication au CNRC. En d’autres termes, on peut traiter tout type de matériau par ablation laser en micro-usinage. Le tout est de choisir l’équipement laser adéquat, à partir de connaissances, d’une expertise et de compétences non communes. On peut donc micro-usiner tous les matériaux qu’il est possible d’usiner avec un équipement classique. »

À l’exception de quelques entreprises canadiennes comptant plus de trente ans d’expertise dans le domaine, le micro-usinage (un savoir-faire à haute valeur ajoutée) est relativement récent pour la plupart des industries au pays. On n’y recourt pas beaucoup en raison des savoirs exigés et des experts trop peu nombreux.