Reportage exclusif de Nitin Shankar, envoyé spécial en Inde pour le MSM

Synova et la connexion diamant

| Rédacteur: Jean-René Gonthier

Juxtaposition d'un principe de convergence optique avec un jet d'eau sous pression, permettant de faire office de guide onde pour le faisceau laser. (Image: Synova et Nitin Shankar)
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Juxtaposition d'un principe de convergence optique avec un jet d'eau sous pression, permettant de faire office de guide onde pour le faisceau laser. (Image: Synova et Nitin Shankar)

>> Quand le Dr. Bernold Richerzhagen, diplômé de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), a développé ce système Laser MicroJet® breveté, il ne s’imaginait pas que son invention pourrait changer le processus de découpe des diamants.

Ces deux dernières années, Synova a connu un grand succès avec son système DCS 300 pour la découpe des diamants. En plus d’avoir livré un système de découpe de diamants DCS 300 à un grand diamantaire d’Anvers, Synova a aussi livré trois systèmes DCS 300 à Surat, une ville en Inde où 85% des diamants bruts du monde sont taillés et convertis en bijoux. Synova a aussi signé un accord avec un fabricant indien de machines de découpe laser pour incorporer son kit Laser MicroJet® dans un système de découpe conçu pour l’industrie du diamant.

Fort capacité de R&D

Le système DCS 300 doit beaucoup aux capacités innovatrices des 65 employés de SYNOVA, dont 35 sont des ingénieurs qui se concentrent essentiellement sur la recherche de processus de découpe par laser et des nouvelles applications. Fondée en 1997, Synova est un bon exemple de «start-up» réussie d’où émanent des projets de recherche qui proviennent de l'EPFL. Synova assemble et contrôle les systèmes finis dans un centre moderne près de l'EPFL.

Avant la fin de l’année 2011, Synova livrera encore deux systèmes de découpe à Surat. Le premier système est destiné à Venus Jewel, un diamantaire éminent de cette ville. Venus Jewel a suggéré plusieurs changements au système, qui permettra aux opérateurs de couper les diamants de manière plus rapide et plus sûre.

Une industrie au potentiel immense

Situé à environ 350 kilomètres au nord de Bombay, l'industrie du diamant de Surat emploie plus de 150’000 personnes. Les plus grandes unités de taillage de diamants emploient plusieurs milliers d’employés et utilisent des techniques avancées pour la découpe, le taillage et le polissage des diamants bruts utilisés pour les bijoux. Les systèmes de planification équipés avec imagerie laser et caméras vidéo, permettent le visionnement tridimensionnel d’une pierre afin de localiser des inclusions et des autres défauts. C’est le meilleur système pour découper le diamant car il permet d’obtenir la valeur maximale en termes de carat. Après la planification, un laser de marquage marque la ligne pour couper la pierre en deux pièces. Le laser sec est la méthode préférée pour cette opération où la pierre absorbe l’énergie d’un faisceau laser et se vaporise immédiatement en ce point.

Surat a plus de 5’000 machines laser sec pour la découpe des diamants. Environ 20% de ces machines laser sont importées de pays tels que la Belgique et Israël qui ont une expérience considérable des technologies pour le taillage des diamants. Il y a aussi beaucoup de fabricants locaux qui fournissent des machines laser à bas prix.

Découpe laser refroidie à l'eau

Bien que les lasers secs soient efficaces pour la découpe des diamants, ils ont certaines limites. Dans les lasers secs, le faisceau laser diverge et les champs de découpe sont courts. En outre, les lasers secs produisent une grande quantité de débris de carbone qui adhère à la surface du diamant. Il y a aussi le risque de la fissure du diamant brut quand la chaleur du faisceau laser frappe une bulle d’air dans le diamant. Le laser guidé par jet d’eau de Synova évite ces inconvénients et diminue les pertes de matériel durant le processus de découpe.

Pour expliquer ce processus, il faut penser à deux technologies de découpe différentes. Imaginez un outil laser qui peut découper un diamant sans aucun dégât thermique et un outil d'eau assez fort pour découper un diamant sans le fissurer. Il y a une quinzaine d’années, Bernold Richerzhagen, doctorant de l'EPFL, a décidé de combiner ces deux méthodes coupantes. En 1996 après beaucoup d’expérimentation, il a révolutionné l'industrie du micro-usinage avec son invention, le laser guidé par jet d’eau. Jusqu’alors, la découpe au jet d’eau et le laser sec étaient bien établies comme des méthodes de découpe pour d’innombrables matières. Bernold Richerzhagen pensait combiner ces deux méthodes pour éliminer les limitations de chaque technique individuelle.

La découpe traditionnelle par l’eau utilise un jet d’eau à haute pression pour la découpe des matériaux. Les matières douces telles que bois et carton sont adaptées pour un tel procédé. En ajoutant des particules microscopiques à l’eau, on peut élargir la gamme de matières pour y inclure des métaux, des céramiques et des verres. Un jet eau haute pression n’est pas assez fort pour couper un diamant mais l'eau a l'avantage de fournir un effet refroidissant. L'invention du Dr Richerzhagen peut être identifiée comme un «laser guidé par jet d’eau» par rapport au «laser sec» conventionnel.

Le système de découpe de diamants DCS 300 de Synova est équipé avec le Laser MicroJet® basé sur la technologie brevetée du laser guidé par jet d’eau.

L’industrie du diamant peut bénéficier de cette technologie Laser MicroJet®. Dans ce système, le faisceau laser vert traverse une chambre d'eau pressurisée, est se focalisée dans une buse d'eau. Le jet d'eau de basse pression émis par la buse guide le faisceau laser au moyen de réflexions internes à l’interface air/eau. Contrairement aux lasers secs conventionnels, le laser guidé par jet d’eau est cylindrique et le faisceau laser parallèle, donc la zone de découpe peut s’allonger jusqu'à plusieurs centimètres, en permettant aux grands diamants d'être coupés en une seule étape. Comme le jet d’eau refroidit la surface du diamant entre les pulsations de courtes durées du laser, le dégât de la chaleur sur la surface du diamant est minime. Le jet d'eau est très mince (entre 33 à 47 microns selon la buse), donc la perte du poids du diamant pendant le processus de découpe est considérablement diminuée. Pour les résultats optimaux, la puissance du laser doit être d’environ 35 W (au moins selon la buse).

Le contrôleur CNC du système DCS 300 permet au Laser MicroJet® de couper le diamant le long d'une trajectoire prédéterminée. La tête optique de la machine inclut un câble de la fibre optique pour transmission du faisceau laser, une caméra et plusieurs lentilles. Le laser vert est utilisé sous la forme de courtes pulsations qui frappent la surface du diamant qui se déplace horizontalement sur une table à deux coordonnées. Seulement quelques minutes sont nécessaires pour couper un diamant de 5 mm en deux pièces avec des surfaces lisses.

La technologie suisse au service du diamant

La stratégie de Synova est de développer des solutions personnalisées pour satisfaire les demandes des diamantaires en combinant les technologies laser d’avant-garde et ses expériences dans les applications Laser MicroJet® sur les matériaux très sensibles comme les diamants. Les essais ont déjà commencé avec des buses de plus petits diamètres afin d’assurer encore moins de pertes et plus de sécurité dans la découpe. Cela peut aider les diamantaires afin d’améliorer leurs rendements durant la taille des diamants. «Nous sommes encouragés par les perspectives du Laser MicroJet® dans le secteur diamant,» explique le Dr Richerzhagen. <<

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