“Exemples de remplacement de matériaux “

Top Seiko possède une riche expérience dans l’usinage de précision de matériaux ultra-durs, notamment les céramiques avancées, le verre de silice fondue et le verre borosilicate, ainsi que les métaux réfractaires tels que le tungstène, le molybdène et le tantale. Dans le cadre de notre service d’usinage complet, nous proposons une assistance à la sélection des matériaux pour aider nos clients à choisir le meilleur matériau qui convient à leur objectif et à leur budget

Les plastiques et les métaux traditionnels/conventionnels tels que le fer, l’aluminium, l’acier inoxydable, peuvent être remplacés par des céramiques ou des métaux réfractaires pour obtenir des performances supérieures, notamment une résistance à la chaleur plus élevée, une conductivité thermique plus élevée ou plus faible, une meilleure résistance à l’usure, une plus grande stabilité dimensionnelle à la chaleur, et bien d’autres avantages.
Nous sommes les experts de l’usinage de ces matériaux ultra-durs à haute performance avec des tolérances serrées.
Vous trouverez ci-dessous une sélection de cas réels de remplacements de matériaux réussis.

Cas n°1

“Problème de brûlure résolu par l’utilisation de quartz fondu comme matériau composant. “

Problème :: Notre client avait des problèmes de marques de brûlure sur la surface du composant acrylique transmettant le laser pendant le processus de soudage au laser. Comme les marques de brûlure entraînaient une réduction de la transmission laser, le composant devait être meulé deux fois par semaine pour les éliminer.

Solution :: Nos ingénieurs ont aidé notre client à remplacer le matériau du composant, de l’acrylique par du quartz fondu, en raison de ses excellentes propriétés thermiques et optiques.

Résultat :: Grâce à la haute résistance à la chaleur du quartz fondu, le meulage n’est plus nécessaire. De plus, comme il n’y a plus de perte de transmittance du laser causée par les marques de brûlure, la puissance de sortie du laser est réduite.

Cas n°2

Problème de déformation thermique résolu avec de la céramique usinable.

Problème :: Les montages de collage thermique en aluminium se déformaient à la température de travail de 250℃, et une mauvaise qualité de collage et/ou des produits défectueux en résultaient.

Solution :: Nos ingénieurs ont recommandé de remplacer le matériau en aluminium par de la céramique usinable.

Résultat :: Grâce à la stabilité thermique supérieure de la céramique usinable, les montages ne se déforment plus et le rendement du collage s’est amélioré d’environ 20 %.

Cas n°3

L’utilisation de la zircone comme matériau d’outil de coupe a augmenté la durée de vie de l’outil.

Problème :: Des outils de coupe en acier à outils étaient utilisés pour usiner des métaux. La chaleur générée pendant l’usinage provoquait une usure excessive de l’outil. Par conséquent, l’outil devait être remplacé fréquemment, entraînant à chaque fois un temps d’arrêt. “C’était très coûteux et cela faisait perdre du temps”, se plaignait notre client.

Solution :: La zircone ayant une excellente résistance à l’usure, nous avons décidé de fabriquer l’outil de coupe en zircone.

Résultat :: La zircone a considérablement amélioré la qualité de l’usure par rapport à celle de l’acier à outils. “Le plus important, c’est que nous pouvons maintenant usiner des métaux avec moins de temps d’arrêt”, a apprécié notre client.

Cas n°4

Le tungstène de haute pureté offre des performances supérieures de protection contre les rayonnements pour les gamma-caméras.

Problème :: Le métal lourd était utilisé comme matériau de protection contre les rayonnements de haut niveau. Cependant, l’insuffisance de la protection contre les rayonnements entraînait une défaillance fréquente des gamma-caméras.

Solution :: Pour améliorer la capacité de protection contre les rayonnements, nous avons recommandé de remplacer le métal lourd par du tungstène de haute pureté.

Résultat :: Grâce à sa haute densité, le tungstène de haute pureté a fourni une protection efficace contre les rayonnements. En conséquence, la gamma-caméra avec protection en tungstène a été lancée en production.

Case5

L’utilisation d’alliages de métaux lourds en tungstène pour un dispositif de positionnement essentiel à la fabrication de composants électriques automobiles a permis de réduire la taille du dispositif tout en conservant le poids requis.

Problème :: La fabrication du dispositif en acier inoxydable ne répondrait pas aux exigences de taille. Pour réduire la taille tout en conservant le même poids, il était essentiel d’utiliser un matériau dont la gravité spécifique est supérieure à 17,5g/cm3. En outre, la fixation devait être plus résistante au chlore et au soufre afin d’augmenter sa durée de vie.

Solution :: Les alliages de métaux lourds en tungstène ont été recommandés pour remplacer l’acier inoxydable, pour sa gravité spécifique élevée (18g/cm3) ainsi que son excellente résistance à la corrosion.

Résultat :: La fixation est désormais plus compacte et sa durée de vie allongée.

Cas n°6

L’utilisation d’alumine de haute pureté a amélioré la résistance à la chaleur des moules et a considérablement augmenté la productivité.

Problème :: Des moules en résine résistante à la chaleur étaient utilisés pour fabriquer du charbon actif pour des systèmes de purification de l’eau. Cependant, leur résistance à la chaleur insuffisante pour l’application de moulage était une cause majeure de faible productivité.

Solution :: Comme l’alumine de haute pureté peut résister à des températures élevées jusqu’à 1 300℃, et qu’elle est relativement bon marché par rapport aux autres céramiques, nous avons recommandé à notre client de fabriquer des moules en alumine 99,5 %.

Résultat :: Le remplacement du matériau de moule résistant à la chaleur par de l’alumine de haute pureté a considérablement amélioré la productivité, s’est réjoui notre client.

Cas n°7

Les composites à matrice métallique (MMC) offrent des performances thermiques optimales pour les buses de soudage.

Problème :: Un fabricant de machines à souder avait besoin de buses de soudage qui ne se déformeraient pas à haute température et pourraient conduire suffisamment de chaleur. Ils avaient eu des problèmes avec leurs buses de soudage en cuivre qui se déformaient à cause de la chaleur générée pendant le fonctionnement, ce qui entraînait une mauvaise qualité de soudage.

Solution :: Nous avons proposé de remplacer le cuivre par des MMC (Metal Matrix Composites) pour leurs excellentes propriétés mécaniques et thermiques telles qu’une grande durabilité, une faible expansion thermique et une conductivité thermique élevée.

Résultat :: Les buses de brasage en MMC conduisent suffisamment de chaleur sans déformation thermique, ce qui améliore considérablement la qualité du soudage. Ce client est aujourd’hui l’un des principaux fabricants de machines à souder, principalement pour l’industrie automobile.

Cas n°8

Un problème de revêtement irrégulier résolu grâce à des buses de distribution de produits chimiques en silice fondue.

Problème :: Les buses à fente en acier inoxydable se déformaient en cours de fonctionnement, entraînant un revêtement inégal du produit chimique.

Solution :: Les buses à fente en acier inoxydable se déformaient en cours de fonctionnement, entraînant un revêtement inégal du produit chimique.

Résultat :: Notre client est très satisfait des buses à fente sans déformation qui permettent un revêtement uniforme. Cette modification a également permis d’augmenter la durée de vie des buses.

Cas n°9

Des gabarits/fixations superdurables en tungstène ont amélioré la productivité.

Problème :: Les gabarits/fixations en alumine ne pouvaient pas résister à la chaleur intense provoquée par le processus de traitement thermique et étaient fréquemment fissurés ou cassés.

Solution :: Nous avons recommandé le tungstène pour remplacer l’alumine en raison de sa résistance exceptionnellement élevée à de très hautes températures.

Résultat :: Extrêmement durables, les gabarits/fixations en tungstène ont permis un processus stable et ont considérablement amélioré la productivité.

Cas n°10

L’utilisation du molybdène comme matériau de transfert de chaleur a incroyablement amélioré la qualité de collage d’un dispositif de collage par thermocompression.

Problème :: Un dispositif de collage par thermocompression avait un problème avec son étage de chauffage qui ne pouvait pas conduire suffisamment de chaleur pour qu’un thermocouple puisse mesurer la température avec précision. L’étage était en acier inoxydable, un métal à faible conductivité thermique. La mesure imprécise de la température a empêché le système de contrôle de la température de fonctionner correctement, ce qui a entraîné une mauvaise qualité de collage.

Solution :: Le molybdène ayant une conductivité thermique environ 9 fois supérieure à celle de l’acier inoxydable, nos ingénieurs ont recommandé de fabriquer l’étage chauffant en molybdène de haute pureté.

Résultat :: L’étage chauffant en molybdène a permis un contrôle correct de la température, ce qui a considérablement amélioré la qualité du collage, nous a dit notre client.

Cas n°11

Un problème de déformation résolu grâce à un matériau céramique composite à matrice métallique en silicium et carbure de silicium.

Problème :: La plaque en silicium se déformait pendant le traitement thermique des plaquettes de semi-conducteurs.

Solution :: Nous avons recommandé de remplacer le silicium par un matériau céramique composite à matrice métallique Si50 / SiC50 afin d’augmenter les propriétés structurelles et thermiques de la plaque de traitement thermique.

Résultat :: Grâce à sa rigidité accrue et à sa dilatation thermique réduite, la plaque n’a plus de problème de déformation.

Cas n°12

Le remplacement de l’Invar par du verre de silice fondue pour une meilleure stabilité thermique a permis une analyse des gazs fiable, précise et stable.

Problème :: L’instrument d’analyse de gaz avait un problème avec son composant critique en Invar qui se dilatait avec l’augmentation de la température et provoquait une mesure instable du gaz.

Solution :: En raison de sa grande stabilité thermique et de son excellente résistance à la corrosion, nou avons recommandé de remplacer l’invar par du verre de silice fondue.

Résultat :: Grâce à la très faible dilatation thermique de la silice fondue, le composant est devenu thermiquement stable, ce qui a permis à l’instrument d’analyse de gaz d’effectuer des mesures fiables, précises et stables, même à des températures élevées.