Un voyage à travers l'histoire et l'innovation 70 ans d'usinage par électro-érosion

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Depuis soixante-dix ans, l'usinage par électro-érosion (EDM pour Electrical Discharge Machining) modifie la façon dont nous fabriquons les objets, des voitures aux ordinateurs. Cette histoire nous emmène de la découverte accidentelle de l'électro-érosion pendant la Seconde Guerre mondiale à son rôle-clé dans la construction moderne, en soulignant comment GF Machining Solutions a été à l'avant-garde de la technologie de l'électro-érosion.

En mettant l'accent sur l'innovation, l'énergie et l'efficacité des ressources, GF Machining Solutions continue de repousser les limites du possible, contribuant à façonner l'avenir de la fabrication et veillant à ce que les industries du monde entier puissent produire des composants plus précis et plus efficaces.

L'usinage par électro-érosion, un procédé d'usinage non traditionnel, utilise des étincelles pour enlever de la matière d'une pièce. Ce procédé a considérablement modifié les processus de fabrication de moules et des outils d'emboutissage et découpage dans le monde entier, permettant la fabrication de nouveaux produits moins chers dans les secteurs de l'automobile, des biens de consommation et de l'électronique, afin d'améliorer la qualité de vie globale de l'humanité. L'électro-érosion par enfonçage a permis la fabrication de moules complexes qui ont réduit le nombre de pièces constituant de nombreux biens de consommation, réduisant ainsi leur prix. La technologie de l'électro-érosion à fil permet un usinage extrêmement précis, de l'ordre du micron à l'aide d'un fil très fin, même pour des formes complexes et des géométries compliquées, comme le nécessitent par exemple les cadres de connexion utilisés dans les circuits intégrés.

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Histoire de l'invention de l'électro-érosion

Pendant la Seconde Guerre mondiale, le couple de physiciens russes B.R. et N.I. Lazarenko cherchait à minimiser l'usure des contacts électriques. Au lieu de réduire l'usure des contacts, ils ont inventé en 1943 une méthode permettant de transformer cet effet négatif en quelque chose d'utile : un procédé capable d'usiner n'importe quel matériau conducteur, quelle que soit sa dureté : l'électro-érosion était née. La thèse de B.R. Lazarenko en 1943 proposait d'utiliser « l'inversion de l'effet de l'usure des contacts électriques à des fins d'usinage » pour transformer l'effet négatif de l'usure des contacts électriques en un effet positif pour l'usinage de pièces métalliques.

La recherche n'a pas toujours été facile dans les pays socialistes qui ne disposaient pas immédiatement de toutes les technologies. Plus tard, en Suisse, ces idées ont trouvé un terrain fertile et les possibilités de développement et d'industrialisation étaient là lorsque les Lazarenko ont visité Charmilles en 1952 et Agie quelques années plus tard, les deux sociétés maintenant unies au sein de GF Machining Solutions.

L'importance des transistors : la symbiose de l'électro-érosion et de l'électrotechnique

Les premiers générateurs étaient très simples : la source de courant continu chargeait un condensateur à travers une résistance de limitation, puis le condensateur se déchargeait de manière incontrôlée dans la fente. Il en résultait une qualité limitée des prototypes et une difficulté à les industrialiser, ce qui a discrédité cette technologie dans un premier temps.

En effet, M. Lazarenko n'avait pas un grand choix de composants électroniques, le transistor n'avait pas encore été inventé et les diodes disponibles n'étaient pas adaptées à l'EDM.

Les choses ont changé en 1947 lorsque William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain des laboratoires Bell ont inventé le transistor. Cette invention a constitué une véritable révolution et a ouvert la voie au formidable développement de l'électronique, auquel la technologie EDM doit presque tout. Quelques années plus tard, les premiers transistors de puissance sont apparus, comme le 2N1908, un transistor au germanium utilisé dans les premiers générateurs EDM. Grâce à ces transistors, des topologies de générateurs de décharge plus efficaces et contrôlables ont été possibles.

Au fil des ans, la technologie de l'électro-érosion a continué à progresser, grâce à la synergie avec l'électronique. Les réalisations les plus marquantes sont : l'invention du transistor planaire en 1959, puis des circuits intégrés en 1965, et du microprocesseur par Intel en 1971, qui a donné l'impulsion finale à l'EDM. Aujourd'hui encore, l'électro-érosion est une technologie-clé pour l' industrie électronique, depuis les outils d'emboutissage pour la production en masse de connecteurs et de cadres de connexion pour les circuits intégrés jusqu'à la production de pièces uniques de composants de haute technologie pour les machines de lithographie des semi-conducteurs.

AGIE et Charmilles : pionniers suisses des machines d'électro-érosion à l'échelle industrielle

En 1952, la division EDM de Charmilles a été lancée dans le cadre des Ateliers des Charmilles à Genève. En 1954, le Dr. h.c. Werner Ullmann fonde AGIE (A.G. für industrielle Elektronik AGIE) en Suisse. Peu après, en 1954, les premières machines d'électro-érosion ont été exposées à Milan lors de la première exposition européenne de machines-outils.

En 1996, AGIE et Charmilles ont fusionné au sein de la société mère Georg Fischer AG, qui reste à ce jour l'un des principaux fabricants de machines d'électro-érosion sous le nom de GF Machining Solutions. Aujourd'hui, l'électro-érosion est également utilisée dans les technologies modernes de pointe telles que l'aérospatiale (pièces pour l'énergie et les turbines), la technologie médicale (implants, outils chirurgicaux) et les outils d'emboutissage pour les composants électroniques (connecteurs, cadres de connexion).

GF Machining Solutions a fait des progrès considérables en matière d'efficacité énergétique et d'utilisation des ressources. En supprimant les résistances et en les remplaçant par des circuits plus efficaces, les générateurs modernes ont des rendements supérieurs à 80 %.

Efficacité énergétique et des ressources

Grâce aux innovations dans l'électronique, il est même possible aujourd'hui de connaître exactement l'emplacement de chaque étincelle. Étant donné que les étincelles dans l'électro-érosion sont produites à des fréquences allant du kilohertz au mégahertz, la commande doit agir en temps de centaines de nanosecondes. Cette précision permet d'optimiser davantage l'efficacité des ressources. La consommation de fil-électrode, un aspect critique de l'usinage par électro-érosion à fil, est un aspect qui peut être fortement réduit, jusqu'à 40 % dans les machines modernes, grâce au suivi de l'emplacement des décharges. Si l'on considère que des milliers de kilomètres de fil sont utilisés chaque minute, il s'agit d'une économie considérable des ressources précieuses que sont le cuivre et le zinc dont sont constitués les fils. Les ingénieurs de GF Machining Solutions ont même réussi à contrôler les étincelles au point de passer d'une distribution d'énergie stochastique à une distribution d'énergie déterministe. L'un des défis de l'électro-érosion par enfonçage réside dans les compétences nécessaires pour réaliser une pièce parfaite à partir d'un dessin. Des opérateurs qualifiés sont nécessaires pour maximiser la précision de la machine et la finition de la surface. Récemment, GF Machining Solutions a lancé le premier système de FAO pour l'électro-érosion afin d'aider les opérateurs dans leur travail quotidien, de produire une usinage juste dès la première pièce et de faire progresser la numérisation de la chaîne de processus. FORM eCAM utilise la géométrie CAO pour décrire parfaitement le processus d'usinage et est capable d'extraire le volume exact à éroder par la machine d'électro-érosion par enfonçage. Grâce à cette connaissance accrue, le logiciel peut créer un ensemble de paramètres technologiques parfaitement adaptés, ce qui permet d'éviter les erreurs humaines potentielles et d'accroître l'efficacité dans l'atelier de production. La route de l'innovation ne s'arrête pas là. Avec la devise « becoming better every day », GF s'efforce de continuer à être plus efficace, plus précis et de permettre à ses clients de produire de nouvelles technologies de pointe qui améliorent la vie quotidienne. MSM

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