Moules et outils : la R&D se remobilise

Les moules et outils représentent 15% du coût d'une voiture et 40% de celui d'un avion. Pourtant, peu de laboratoires de R&D s'y intéressent... Les travaux menés par le Cerem n'en ont que plus d'intérêt ; axés sur le contrôle thermique des moules, le dimensionnement des matrices ou les traitements de surface, ils donnent déjà lieu à de multiples collaborations industrielles.

Parmi les voies de recher-che explorées au Cerem, l'amélioration du contrôle thermique des moules de plasturgie, de verrerie et de fonderie est certainement la plus avancée. L'industriel bute dans ce domaine sur une difficulté notoire : le moule, échauffé par le matériau en fusion qu'il accueille (350°C pour un plastique, jusqu'à 1200°C pour le verre), doit être maintenu à une température nettement inférieure pour garantir la qualité du produit.
Dans certains cas critiques, des "puits thermiques" à base d'alliages de cuivre sont insérés dans les zones de haut flux : fortement conducteurs, ils accélèrent l'évacuation de la chaleur vers l'extérieur. Mais ces alliages résistent mal à l'usure et doivent eux-mêmes être protégés par un matériau plus résistant.
"L'ensemble constitue une structure multi-matériaux de forme complexe, délicate à souder et peu adaptée aux chocs thermiques et aux cadences d'utilisation du moule, explique Frédéric Moret du Cerem. Souvent, l'état de surface se dégrade, des fissures apparaissent et des réparations doivent être entreprises." Une difficulté à laquelle la compression isostatique à chaud (CIC) apporte un remède définitif : soudés à haute température et à haute pression (1000 bars), les matériaux les plus incompatibles deviennent indissociables. "Lors des essais de rupture, le matériau le plus fragile rompt toujours avant la liaison !" souligne Frédéric Moret.
Dès lors, l'insertion de puits thermiques et de canaux de refroidissement aux formes les plus complexes devient possible, et la conception des moules peut être repensée en profondeur. Des séries de moules ont déjà été fabriquées ainsi, et le Cerem participe à un projet national sur ce sujet. Des travaux plus prospectifs, mais tout aussi prometteurs, sont également menés par le laboratoire. Les premiers étudient l'utilisation de lasers de puissance (typiquement 1 kW) pour la fabrication directe de moules prototypes et la réparation localisée de moules par rechargement, avec des perspectives d'application industrielle à deux ou trois ans*. Les seconds, axés sur les traitements de surface, s'intéressent à la fois aux revêtements minces (quelques microns) et épais (de quelques dizaines de microns à plusieurs millimètres).
Sur ce dernier point, l'expérience très diversifiée du Cerem porte aussi bien sur les revêtements pour poinçons de frappe ou de forge, que sur les outils de coupe ou les moules de fonderie ou de plasturgie.

* cf CEA Technologies n° 47