Les matériaux des stylets deviennent plus légers, plus rigides et plus durs

Sep 01, 2023

Parcourez n'importe quel catalogue de machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) ou de stylets de machines-outils et vous verrez une gamme de matériaux disponibles parmi lesquels choisir. Bien sûr, les anciens supports (billes en rubis, tiges en carbure et bases en acier inoxydable) sont toujours là. Mais aujourd'hui, vous trouverez du nitrure de silicium, de la zircone, de l'acier, du diamant, de la fibre de carbone, de la céramique, du titane et bien plus encore. Cela conduit à de nombreuses questions sur le meilleur matériau pour le travail. Dans cet article, nous explorerons les matériaux ainsi que leurs avantages et inconvénients.

En réponse à l'évolution des marchés, les stylets pour MMT et machines-outils deviennent plus légers, plus rigides et plus résistants à l'usure.

Aujourd'hui, il existe une multitude de choix de matériaux lors du choix des stylets pour une MMT ou un palpeur de machine-outil.

Si vous n'êtes pas sûr du meilleur choix pour votre application particulière, contactez le fabricant du stylet pour obtenir des conseils.

Les premières MMT utilisaient un stylet positionné manuellement en acier trempé. À l'époque, les conceptions de stylets se limitaient à une bille d'acier brasée sur une tige en acier, un demi-cylindre en acier et un cône en acier conçu pour être enfoncé dans un trou afin de localiser rapidement son point central. L'opérateur tenait le stylet sur une surface, contre un bord, ou l'enfonçait dans un trou, puis appuyait sur une pédale pour enregistrer sa position.

Les systèmes de sondes se sont rapidement améliorés, tout comme les stylets. Les premières sondes à déclenchement tactile utilisaient un stylet à bille similaire à ceux utilisés aujourd'hui. Les billes étaient en acier et les arbres n'étaient pas filetés. Au lieu de filetages, une vis de réglage maintenait l'arbre en place. Le stylet en trois parties que nous connaissons aujourd'hui, composé d'une bille, d'une tige et d'une base filetée, est apparu dans les années 1980 avec la prolifération des têtes de palpage à déclenchement tactile sur les MMT et les machines-outils.

Le rubis reste le matériau de bille de choix pour la plupart des applications de MMT et de machines-outils. Les boules de rubis sont relativement peu coûteuses et résistantes à l'usure. Le carbure de tungstène, grâce à sa rigidité inhérente, est le plus souvent utilisé pour les tiges de stylets. L'acier inoxydable est le matériau le plus courant pour les bases filetées.

Alors, c'est quoi tous ces nouveaux matériaux ?

À mesure que les systèmes de mesure et de palpage ont évolué, leurs exigences en matière de stylet ont également évolué. De nombreux systèmes de sondage actuels imposent des limites à la longueur et au poids des stylets. Ces limites créent un besoin pour des matériaux allégés tout en offrant une rigidité suffisante. Certaines MMT sont conçues pour fonctionner en usine. Ceux-ci nécessitent un outillage résistant aux variations de température. Les « bras » pour MMT à commande manuelle sont courants dans les domaines de la fabrication et de l'inspection d'aujourd'hui. Ces MMT manuelles nécessitent des stylets robustes fabriqués à partir de matériaux capables de résister à une utilisation manuelle.

Les stylets de machine-outil, quant à eux, intègrent un « fusible mécanique ». La plupart des stylets de machines-outils sont conçus pour se briser en cas de collision, afin d'éviter d'endommager la machine ou la tête de palpage.

À mesure que les pièces médicales et électroniques rétrécissent, les stylets diminuent également. Il n’y a pas si longtemps, les stylets dotés de billes inférieures à 1,5 mm étaient considérés comme exotiques. Ils étaient jugés fragiles et difficiles à calibrer. Aujourd’hui, ils sont monnaie courante. Des stylets dotés de billes de 0,2 mm (0,008") de diamètre ont été récemment introduits pour répondre à ce domaine en pleine expansion. Pour mettre cela en perspective, une boule de 0,2 mm est plus petite que le point à la fin de cette phrase.

Ces changements ont induit l'introduction de nouveaux matériaux pour répondre à ces exigences évolutives. Voici un aperçu des matériaux qui composent les principaux composants d'un stylet : 1) la bille, 2) la tige et 3) la base filetée.

LE BALLON

Les boules en rubis synthétique sont la norme de l’industrie. Le rubis est juste derrière le diamant en termes de dureté et présente donc une résistance à l'usure supérieure. Ruby a un coefficient de friction relativement faible, ce qui en fait un bon choix pour les applications impliquant un sondage de contact continu, ou « scanning ». Cependant, lors de la numérisation d'aluminium non traité, l'aluminium a tendance à s'accumuler à la surface de la balle, la rendant impropre à une utilisation ultérieure. De plus, les surfaces abrasives peuvent laisser un méplat sur une boule de rubis. Pour ces applications, nous recommandons des billes en nitrure de silicium.