Micromécanique : Portraits miniatures de la reine avec une précision inégalée

Les ingénieurs de l'AMRC, Joe Thickett et Emma Parkin, présentent leurs portraits micromécanisés de la reine. (Crédits photo : Starrag.)

Lorsque deux ingénieurs de l'Université de Sheffield (Angleterre) ont voulu démontrer les capacités de micromécanique du centre d'usinage tour-fraise Starrag Bumotec, ils ont choisi un projet unique qui impressionnerait non seulement les opérateurs de machines-outils de précision, mais aussi quiconque apprécie l'art.

Les ingénieurs Emma Parkin et Joe Thickett du Centre de recherche en fabrication avancée (AMRC) de l'université ont utilisé le centre d'usinage Bumotec pour reproduire une série de minuscules portraits de la reine Élisabeth II, jusqu'à seulement 1,4 mm de large, sur du laiton. Le détail complexe de la tête de la reine ne peut être vu que grâce à un puissant microscope.

« Nous avons choisi le portrait de la reine parce que nous voulions faire quelque chose de similaire à une pièce de monnaie, car c'est quelque chose de familier », explique Parkin. « Les gens connaissent généralement la taille d'une pièce, donc pouvoir la réduire tout en conservant le visage de la reine dessus crée un facteur "wow". »

L'œuvre miniature a été créée pour démontrer l'expertise du groupe d'usinage de l'AMRC en micromécanique afin d'aider les entreprises britanniques à remporter des marchés. « Nous voulions montrer à nos partenaires et à l'industrie ce qui est réalisable ; que nous pouvons travailler avec une précision de 0,001 mm sur des pièces aussi petites que 1,5 mm tout en conservant les détails. »

Quatre têtes de reine hautement détaillées — aux diamètres de 11,2 mm, 7 mm, 2,8 mm et 1,4 mm — ont été produites par le Bumotec s191 sur une seule pièce circulaire de laiton de 25 mm de diamètre.

Le centre d'usinage tour-fraise Bumotec s191H est l'une des huit machines Starrag de l'AMRC. Il a été utilisé par les ingénieurs pour produire quatre têtes de reine aux diamètres de 11,2 mm, 7 mm, 2,8 mm et 1,4 mm sur une seule pièce circulaire de laiton de 25 mm de diamètre.

Ils ont utilisé des fraises micro Sandvik pour obtenir la forme de base du design avant de passer à de minuscules fraises hémisphériques. La plus petite avait seulement 0,2 mm de diamètre pour le contour détaillé.

Le centre d'usinage Bumotec avec une capacité de barre de 65 mm, un système d'alimentation en barre et un fluide de coupe haute pression (3 ch) peut atteindre des solutions d'usinage hautement précises (à ± 2,5 microns) sur ses axes X, Y et Z, allant respectivement de 410 mm, 200 mm et 400 mm, grâce à des entraînements linéaires et une stabilité thermique de haut niveau.

Pour obtenir une image du visage de la reine, les ingénieurs de l'AMRC ont numérisé une vraie pièce à l'aide d'un microscope 3D normalement réservé à la détection de rugosité de surface. Cela a pris une série d'images qui ont été superposées pour créer une image 3D.

La broche principale de la machine est complétée par une contre-broche qui peut tourner dans les plans horizontal et vertical, pour des processus multitâches. Les options de magasin d'outils s'étendent jusqu'à 90 poches sur une machine qui a des vitesses de déplacement rapide de 50 m/min et une vitesse de broche de 30 000 (ou 40 000) tr/min qui contribue également à ses temps de cycle rapides.

Complémentaire aux capacités de la machine, Parkin a fait appel à l'expertise de l'AMRC pour créer les portraits micromécanisés.

« Pour obtenir une image du visage de la reine, nous avons numérisé une vraie pièce à l'aide d'un microscope 3D normalement réservé à la détection de rugosité de surface. Cela a pris une série d'images qui ont été superposées pour créer une image 3D. Ensuite, cette image a été convertie en format de fichier STL, qui a ensuite été téléchargé dans Siemens NX 12 CAO pour la génération du programme d'usinage. »

Elle ajoute : « Nous avons commencé à couper à des profondeurs de 4 mm pour enlever la matière en vrac, puis nous sommes descendus en taille, et quand nous sommes arrivés aux opérations de finition, nous faisions des "pas" de l'ordre du micron. »

Parkin espère que le projet de réplique de pièce mènera à d'autres projets de R&D et commerciaux en micromécanique pour l'AMRC, qui fait partie du High Value Manufacturing Catapult. Le Catapult fournit un accès à des installations et à une expertise en R&D qui seraient autrement hors de portée pour de nombreuses entreprises au Royaume-Uni.

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