L'usinage assisté par laser permet de chauffer localement la pièce pour faciliter le travail de l'outil sur les matériaux durs. L'Ensam d'Angers conduit des recherches prometteuses dans le cadre du contrat État- Région 2000-2006 pour le Programme de recherche d'amélioration de la productivité en fabrication (PRAP). Guénaël Germain, doctorant à l'Ensam d'Angers, est chargé de vérifier l'intérêt technique et économique.
L'usinage assisté par laser (UAL) prend place à côté de technologies comme l'usinage à grande vitesse et le tournage dur. L'idée est de ne chauffer que la zone à usiner, sans diffusion thermique, modifiant les caractéristiques mécaniques de la pièce. Cette méthode paraît particulièrement adaptée aux aciers et autres métaux à haute résistance mécanique, aux carbures de tungstène, aux céramiques et aux matériaux obtenus par la métallurgie des poudres.
Le projet est né en 2002 dans le cadre du développement d'un pôle de compétences et de recherche en Pays de la Loire qui associe l'École Centrale de Nantes, l'Ensam d'Angers et le Cetim.
«
L'usinage assisté par laser est un procédé relativement complexe à mettre au point, rappelle Patrick Robert, professeur responsable du secteur recherche en usinage. Les premières conclusions ne seront donc tirées que progressivement, d'autant plus que nous travaillons sur plusieurs thèmes : l'optimisation du chauffage, la qualité des surfaces générées, la recherche d'outils adaptés, la possibilité d'usiner des matériaux qualifiés de non usinables, la réduction des efforts spécifiques de coupe en vue de faciliter l'usinage, la possibilité d'un traitement thermique? »
Les premiers essais ont été effectués en 2003 sur une nuance d'acier facile à usiner utilisée comme matériau de référence dans les travaux conduits à l'Ensam d'Angers.
Reste à vérifier l'intérêt technique et économique réel de l'UAL. C'est le sujet d'étude qui a été confié à un doctorant, Guénaël Germain au LPMI (Laboratoire procédés ? matériaux - instrumentation) de l'École nationale supérieure des arts et métiers d'Angers.
Pour valider l'intérêt de l'UAL, Le Cetim et l'Ensam d'Angers recherchent des entreprises qui souhaitent avancer dans ce domaine et participer à des essais sur leurs produits.
«
L'avenir de l'usinage assisté par laser réside essentiellement dans le travail des matériaux dits impossibles à usiner ou très difficilement tels que les produits obtenus par la métallurgie des poudres ou les céramiques ». déclare Stéphane Auger, du Cetim. « Cette technique offre alors des avantages qui compensent son coût relativement élevé de mise en oeuvre. Les recherches effectuées par l'Ensam d'Angers devraient confirmer cette attente, et le Cetim s'y intéresse de près. Naturellement, il faut tester aussi cette méthode dans des conditions industrielles pour en valider la faisabilité et l'intérêt technico-économique. »
Les premiers résultats d'études se révèlent concluants. Les recherches sont réalisées avec une machine située à l'Ensam à Angers (il n'en existe que deux en France), qui comprend un tour classique à deux axes et un laser à cinq axes. La difficulté majeure provient de ce que l'outil coupant et le laser doivent manoeuvrer de manière coordonnée dans un espace relativement confiné, alors que l'incidence du faisceau laser par rapport à la normale de la surface doit demeurer constante.
Une première étude a montré que l'effort de coupe était réduit. En revanche, le gain s'avère relativement important en ce qui concerne l'état de surface. Surtout, on obtient cette qualité d'état de surface quels que soient les paramètres d'usinage, même en doublant l'avance.
Pour la seconde étude, actuellement en cours, on utilise un acier pour roulements à billes, de dureté nettement supérieure. Des essais, conduits en collaboration avec l'Ensam de Bordeaux, qui travaille sur l'usinage à grande vitesse, pourraient conduire à des applications en aéronautique.
Mais, c'est surtout du côté du travail des matériaux dits impossibles à usiner que se profilent les applications les plus prometteuses. Une équipe allemande travaille sur le tournage des roulements, qui offrirait plus de possibilités techniques et permettrait de supprimer l'opération coûteuse de rectification. «
Les gains concernent l'ensemble du processus, souligne Guénaël Germain, pas seulement le tournage. On peut d'ailleurs envisager de combiner plusieurs opérations sur le même poste : par exemple, usiner un arbre en tournage assisté par laser et traiter les zones à renforcer par le laser. Cette technique est d'autant plus intéressante que les lots comportent moins d'unités, ce qui correspond à une tendance générale de l'industrie mécanique. »
