L'application d'un marqueur permanent, la colle ou le ruban rend les métaux gommeux tels que l'aluminium, aciers inoxydables, cuivre et tantale beaucoup plus faciles à couper pour les applications industrielles. Crédit :Image de l'Université Purdue/Erin Easterling
Vos marqueurs permanents de tous les jours, les bâtons de colle et le ruban d'emballage peuvent offrir une solution étonnamment rudimentaire à une nuisance de longue date dans l'industrie manufacturière :rendre souple et ductile, ou des métaux dits « gommeux » plus faciles à couper.
Ce qui rend les encres et les adhésifs efficaces, ce n'est pas leur contenu chimique, mais leur adhérence à la surface de tout métal gommeux tel que le nickel, aluminium, aciers inoxydables ou cuivre, des chercheurs de l'Université Purdue et de l'Université de Floride occidentale trouvent dans une étude récemment publiée dans Examen physique appliqué .
Ces adhésifs aident à obtenir un plus lisse, coupe plus propre et plus rapide que les procédés d'usinage actuels, ayant un impact sur des applications allant de la fabrication d'implants orthopédiques et d'instruments chirurgicaux aux composants aérospatiaux.
"Une large gamme de produits repose sur l'usinage de métaux gommeux. Ceux-ci pourraient être quelque chose que nous utilisons tous les jours, comme le robinet d'un robinet d'évier, ou quelque chose de plus critique comme une pièce de compresseur dans le moteur à réaction d'un avion, " dit James Mann, professeur adjoint de génie mécanique à l'Université de Floride occidentale et ancien élève de Purdue.
Si une amélioration significative peut être apportée à "l'usinabilité" des métaux ou alliages gommeux - c'est-à-dire à quel point ils coupent, percer ou meuler - il est alors possible de réduire le coût des produits, améliorer leurs performances ou permettre des conceptions nouvelles et améliorées.
"Les métaux gommeux se déforment de manière caractéristique de manière très ondulée, " dit Srinivasan Chandrasekar, Professeur Purdue de génie industriel. « Ce flux ondulant implique une consommation énergétique importante, ce qui signifie que ces métaux nécessitent plus de force pour être usinés que même certains métaux durs. Nous devions trouver un moyen de supprimer ce flux ondulant."
Se débarrasser des ondulations signifie que le métal a maintenant tendance à agir davantage comme une céramique ou un verre cassant à l'endroit où il doit être coupé.
Un moyen bien connu de rendre le métal gommeux cassant consiste à le recouvrir d'un métal liquide approprié, comme le gallium dans le cas de l'aluminium. Les métaux liquides comme ceux-ci, cependant, ont tendance à trop bien fonctionner; diffusant à travers la surface et provoquant l'effritement de tout le métal en une poudre.
"Cela rend le métal usiné inutilisable, " a déclaré Chandrasekar.
Les chercheurs de Purdue ont découvert une solution simple pour couper les métaux gommeux mous (à gauche) aussi proprement et facilement que les métaux durs (à droite). Crédit:Image de l'Université Purdue / Anirudh Udupa
D'autres tentatives ont rencontré un succès limité et ont eu tendance à être toxiques ou à provoquer des déchirures et des fissures sur la surface usinée. Les chercheurs ont ensuite commencé à explorer d'autres milieux chimiques bénins qui permettraient de couper plus net.
Le marquage à l'encre ou la fixation de tout adhésif sur la surface du métal a considérablement réduit la force de coupe sans que tout le métal ne se désagrège, laissant une coupe nette en quelques secondes. La qualité de la surface usinée s'est également grandement améliorée.
L'adhérence ne s'est pas imposée au départ comme une solution que les marqueurs permanents, les bâtons de colle et le ruban adhésif ont en commun.
"Nous avons examiné les ingrédients chimiques de l'encre permanente, isolé chacun de ceux à la surface du métal, et il n'y a pas eu d'effet notable, " dit Anirudh Udupa, auteur principal de l'étude et chercheur postdoctoral à la Purdue's School of Industrial Engineering. "Nous avons donc réalisé qu'il ne s'agissait pas d'un produit chimique particulier mais de l'encre elle-même qui adhère au métal par un mécanisme d'adsorption physique."
Le chercheur de Purdue Anirudh Udupa montre comment marquer la surface d'un métal gommeux avec une encre ou un adhésif réduit considérablement la force nécessaire pour le couper. Crédit :Image de l'Université Purdue/Erin Easterling
Le Sharpie et les adhésifs semblaient également fonctionner sur de nombreux métaux gommeux, quel que soit l'outil de coupe.
"Avec le recul, nous pouvons vous dire pourquoi certaines choses n'ont pas réussi dans des travaux antérieurs. Tout revient à l'existence de ce flux ondulant, " a déclaré Koushik Viswanathan, Chercheur postdoctoral Purdue en génie industriel. "Certaines personnes ont peut-être essayé de couper du cuivre, par exemple, c'était à l'état dur plutôt qu'à l'état mou."
A la connaissance des chercheurs, à l'aide de marqueurs permanents, colles ou ruban adhésif pour faciliter l'usinage des métaux gommeux ne présente aucun danger pour l'environnement.
Prochain, Le groupe de Chandrasekar évaluera le degré d'adhérence qui fonctionne le mieux pour couper les métaux gommeux et explorera les moyens de faire progresser l'application de cette technologie dans la pratique industrielle.
