Inventaire des techniques de caractérisation des aspects de surface

Dans le cadre de ses actions collectives relatives aux techniques de fabrication, Francéclat a entrepris une étude sur la finition des produits et en particulier sur "les techniques de polissage et de caractérisation des états de surface".

Cette étude, lancée en réponse à une demande du Syndicat National des Fabricants de Composants pour l'Horlogerie et la Micromécanique, intéresse l'ensemble des fabricants d'horlogerie, de bijouterie, de joaillerie et d'orfèvrerie.

Les exigences de plus en plus importantes qui sont requises au niveau de la finition des produits HBJO imposent en effet de recenser et d'explorer les possibilités d'amélioration des techniques de polissage utilisées actuellement. Ces dernières restent traditionnelles et sont le plus souvent essentiellement manuelles, elles permettent d'obtenir un niveau de finition satisfaisant mais interviennent pour une part importante dans le coût de fabrication des pièces d'horlogerie et de bijouterie / joaillerie.

A qualité équivalente, d'autres technologies de finition nouvellement développées et/ou utilisées dans d'autres secteurs pourraient sans doute être employées, moyennant quelques adaptations plus ou moins importantes aux spécificités des produits HBJO.

En outre, le niveau de finition est en général évalué visuellement par des contrôleurs entraînés. Les critères d'acceptation sont donc basés sur la perception humaine et laissent une part importante à la subjectivité.

Il serait souhaitable de pouvoir garantir la qualité des produits en s'appuyant sur plusieurs méthodes de mesure scientifiques. Les critères actuels de mesure, comme la rugosité arithmétique, sont insuffisants pour caractériser complètement les aspects de surface. D’autres critères pourraient être utilisés, seuls ou croisés, permettant une mesure chiffrée du niveau de finition des produits.

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L'étude entreprise par Francéclat est pilotée par un Groupe de professionnels de l'horlogerie et de la bijouterie et est menée en collaboration avec 8 entreprises volontaires, qui sont associées aux différentes étapes afin de s'assurer en permanence de l'adéquation des travaux menés aux réalités industrielles.

Cette étude comporte 2 volets :

• l'étude de la caractérisation des aspects de surface ;
• l'étude des différentes technologies utilisables pour le polissage des produits HBJO.

Elle est limitée aux surfaces polies miroir.

Le programme de travail retenu en accord avec le Comité de Pilotage comporte 7 étapes :

• Etape 1 : dresser un inventaire des techniques de polissage utilisées dans d’autres secteurs d’activités. Celui-ci a pour but d’informer les ressortissants des techniques de polissage existantes, nouvellement développées et/ou utilisées dans d’autres secteurs d’activités, et de présélectionner les techniques les plus intéressantes pour une utilisation éventuelle dans nos secteurs d’activités.
• Etape 2 : dresser un inventaire des techniques de caractérisation d’aspects de surface. Celui-ci a pour but d’informer les ressortissants des techniques de caractérisation d’aspects de surface polie existantes, de choisir les techniques utilisables immédiatement dans l’étude et de présélectionner les techniques les plus intéressantes pour une utilisation en production.
• Etape 3 : comparer les techniques de caractérisation d’aspects de surface. La comparaison des performances des techniques présélectionnées à l’étape 2 a pour but de choisir la technique de caractérisation la mieux adaptée pour une utilisation en production.
• Etape 4 : établir un référentiel de comparaison des techniques de polissage. Issu de la caractérisation de divers produits ayant subi des procédés traditionnels de polissage, le référentiel a pour but de donner des valeurs témoins chiffrées, dans les domaines « économique », « matière » et « aspect de surface », nécessaires à la réalisation des étapes suivantes.
• Etape 5 : développer un appareil de caractérisation des aspects de surface pour une utilisation en production. Réalisé en partenariat avec une société spécialisée dans le domaine optique, cet appareil utilisera la technique de caractérisation choisie à l’étape 3.
• Etape 6 : comparer les techniques « nouvelles » de polissage utilisées dans d’autres secteurs d’activités avec celles dites « traditionnelles » employées dans nos secteurs d’activités. La comparaison s’effectuera par rapport au référentiel défini à l’étape 4.
• Etape 7 : rationaliser les techniques « traditionnelles » de polissage actuellement utilisées dans l’horlogerie et la bijouterie.

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La présente note, qui dresse un inventaire des techniques de caractérisation des aspects de surface, finalise les étapes 2 et 3 de ce programme.

Cet inventaire des techniques de caractérisation des aspects de surface a été réalisé de la façon la plus exhaustive possible grâce à une veille technologique complétée par des essais. A ce titre, nous tenons à remercier les fabricants et fournisseurs d’équipements pour leur collaboration. En effet, les essais réalisés avec eux ont permis de confirmer les avantages propres à chacune des technologies testées et de connaître leurs limites, notamment en termes de rapidité, de champ de mesure et de résolution.

Les appareils de microscopie à sonde locale et le microscope électronique sont présentés dans cette note pour mémoire. En effet, leur champ de mesure est très restreint et leur mise en œuvre est relativement lourde (la plupart de ces appareils nécessitant en particulier la réalisation du vide), ce qui limite leur utilisation à des applications en laboratoire pour caractériser des défauts à l’échelle atomique.

Une classification par fonctions des différentes techniques de caractérisation est proposée en première partie de cette note. Chacune d’elles est ensuite présentée de manière plus détaillée sous forme de fiches. A partir des informations recueillies, un bilan donnant des orientations et des pistes de réflexion pour une adaptation de certaines techniques à la caractérisation des produits HBJO est présenté dans la dernière partie de la note. Enfin, une liste de fournisseurs et/ou fabricants figure en annexe