Illustration des concepts derrière contact.engineering, répondant aux trois enjeux centraux. Tout d'abord, le jumeau de surface numérique combine plusieurs mesures (à partir de plusieurs techniques) dans une description statistique de la surface de la pièce ou de l'échantillon. Deuxièmement, cette représentation peut être utilisée pour l'analyse de surface, et troisièmement, elle peut être partagée en privé avec des collaborateurs ou publiquement avec un DOI. L'image de l'implant de hanche a été reproduite avec autorisation, copyright Mathys AG Suisse. Crédit :Topographie de surface :métrologie et propriétés (2022). DOI :10.1088/2051-672X/ac860a/meta
Des scientifiques de l'Université de Fribourg, en Allemagne, et de l'Université de Pittsburgh ont développé une plate-forme logicielle qui facilite et standardise l'analyse des surfaces. La plateforme contact.engineering permet aux utilisateurs de créer un jumeau numérique d'une surface et ainsi d'aider à prédire, par exemple, sa vitesse d'usure, sa conductivité thermique ou son adhérence à d'autres matériaux.
L'équipe comprenait le Dr Michael Röttger du Département d'ingénierie des microsystèmes, les professeurs Lars Pastewka et Antoine Sanner du Département d'ingénierie des microsystèmes et du cluster d'excellence livMatS de l'Université de Fribourg, et le professeur Tevis Jacobs du Département de génie mécanique et des matériaux. Sciences à la Swanson School of Engineering de l'Université de Pittsburgh. Ils ont présenté la plateforme logicielle dans la revue Surface Topography :Metrology and Properties .
La topographie influence les propriétés des matériaux
Tous les matériaux d'ingénierie ont une rugosité de surface, même s'ils semblent lisses à l'œil nu. Vues au microscope, elles ressemblent aux surfaces d'un paysage de montagne.
"Il est particulièrement intéressant, tant dans les applications industrielles que dans la recherche scientifique, d'avoir une connaissance précise de la topographie d'une surface, car cela influence des propriétés telles que l'adhérence, le frottement, la mouillabilité et la durabilité du matériau", explique Pastewka.
Gagner du temps et de l'argent dans la fabrication
Les fabricants doivent contrôler soigneusement la finition de surface, par exemple, des automobiles ou des dispositifs médicaux pour garantir la bonne performance de l'application finale.
À l'heure actuelle, la finition de surface optimale est trouvée principalement par un processus d'essais et d'erreurs, où une série de composants sont fabriqués avec différentes pratiques d'usinage, puis leurs propriétés sont testées pour déterminer laquelle est la meilleure.
C'est un processus lent et coûteux. "Il serait beaucoup plus efficace d'utiliser des modèles scientifiques pour concevoir la topographie optimale pour une application donnée, mais ce n'est pas possible à l'heure actuelle", explique Jacobs. "Cela nécessiterait des avancées scientifiques pour lier la topographie aux propriétés, et des avancées techniques dans la mesure et la description d'une surface."
La plateforme contact.engineering facilite ces deux avancées et standardise la procédure :elle intègre automatiquement les différentes données des différents outils, corrige les erreurs de mesure et utilise ces données pour créer un jumeau numérique de la surface. La plate-forme calcule des métriques statistiques et applique des modèles mécaniques aux surfaces, aidant à prédire le comportement. "Les utilisateurs peuvent ainsi identifier quelles caractéristiques topographiques influencent quelles propriétés. Cela permet une optimisation systématique des processus de finition", explique Pastewka.
Faciliter la science ouverte
La plate-forme logicielle sert également de base de données sur laquelle les utilisateurs peuvent partager leurs mesures avec des collègues ou des collaborateurs. Les utilisateurs peuvent également choisir de mettre leurs mesures de surface à la disposition du public. Lorsqu'ils publient les données, un identifiant d'objet numérique (DOI) est généré qui peut être référencé dans les publications scientifiques.
"Nous développons continuellement l'ingénierie des contacts et aimerions ajouter encore plus d'outils d'analyse, par exemple pour la composition chimique des surfaces", déclare Pastewka. "L'objectif est de fournir aux utilisateurs un jumeau numérique aussi complet que possible. C'est pourquoi nous accueillons également les suggestions d'amélioration de la plate-forme logicielle de la part des utilisateurs de l'industrie et de la recherche." Les origines de la rugosité de surface :Déformation atomique à l'intérieur et à la surface d'un solide
